[發明專利]偏振敏感的分布式光頻域反射擾動傳感裝置和解調方法

有效

• 申請號: 201110237417.6
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102322880A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 劉鐵根;劉琨;丁振揚;江峻峰;李定杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/30
• 分類號: G01D5/30
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力;李益書

1.一種偏振敏感的分布式光頻域反射擾動傳感裝置，其特征在于該裝置包括：

可調諧激光器：用于為光頻域反射系統提供光源，包括超窄線寬可調諧光纖激光器、外腔式半導體激光器；

光源調諧驅動模塊：與可調諧激光器連接，為可調諧激光器提供調諧驅動，是一種超低紋波的電壓驅動器，由高精度的數模轉換器、可編程門陣列、放大器組成；

分束比為1：99光分束器：將激光器的出射光進行1：99比例分束，分別分配到光源光頻和相位監視模塊與核心干涉模塊；

光源光頻和相位監視模塊：用于對激光器光頻的采集和監控，采用以下兩種結構中任一種結構實現，一種結構是消偏振邁克遜干涉儀結構，另一種結構是基于3×3耦合器的馬赫曾德爾干涉儀結構；

核心干涉模塊：是光頻域反射儀的核心，由可調保偏衰減器，保偏振分束器、參考臂、測試臂以及保偏耦合器組成；可調保偏衰減器，用于調節光強大小；保偏分束器，將光以50：50、20：80、30：70或40：60的比例分配到干涉儀的參考臂和測試臂，其中比例的選擇，根據測試光纖中受激布里淵吸收效應較大時，選擇較大的比例20：80或30：70，受激布里淵吸收效應較小時，選擇比例為50：50或40：60；參考臂，由相位調制器和45度對準器組成，其中參考臂光纖是保偏光纖，相位調制器以測試的最大拍頻值為調制頻率值調制，后續將采集信號做高通濾波，能夠抑制瑞利散射相干噪聲和幻峰，45度對準器將保偏光纖快軸和慢軸45度對軸，保證參考臂快慢軸有等量光強；核心干涉模塊的測試臂上連接偏振產生模塊中偏振產生器，傳感光纜的背向散射光經過高速光開關和偏振產生模塊中的環行器進入保偏耦合器的第二端口，核心干涉模塊的參考臂光進入保偏耦合器的第一端口，傳感光纜的背向散射光與參考臂光在保偏耦合器中發生拍頻干涉產生拍頻干涉信號，其拍頻信號從保偏耦合器的第三端口和第四端口進入偏振分束平衡探測模塊；

偏振產生模塊，包括偏振產生器和環形器，偏振產生器能夠產生固定幾種偏振態的光包括：線偏光、45度線偏光、左旋圓偏光或右旋圓偏光，為后面算法處理提供已知的參考偏振態；環行器為雙軸工作的保偏環行器，其作用是連接偏振產生模塊，高速光開關以及核心干涉模塊的保偏耦合器，具體連接方式將光由第一端口進入環行器，從第二端口進入高速光開關，與連接的高速光開關的傳感光纜的背向散射光通過環行器的第二端口返回，從環行器的第三端口進入核心干涉模塊的保偏耦合器的第一端口和第二端口；

高速光開關：連接傳感光纜，能夠實現多路傳感光纜的傳感，拓展了系統的測試距離，便于形成大規模傳感網絡；

偏振分束平衡探測模塊：包括兩個偏振分束器以及兩個平衡探測器；其中偏振分束器將進入其中的核心干涉模塊輸出拍頻信號分解成偏振本征正交的快慢軸兩個分量；其中兩個偏振分束器的快軸分量進入第一個平衡探測器，慢軸分量進入第二個平衡探測器；

高速采集模塊：用于采集偏振分束平衡探測模塊的平衡探測器以及光源光頻和相位監視模塊的干涉信號；

計算機，高速采集模塊采集的信號進行數據處理，包括光源光頻和相位的提取和解調算法以及對于核心干涉模塊產生的拍頻信號進行解調，為光源調諧驅動模塊提供控制信號；

傳感光纜，由普通通訊光纜或振動傳感光纜構成，使用時只使用單芯，布設于圍欄、大型結構要擾動監測的位置。

2.根據權利要求1所述的偏振敏感的分布式光頻域反射擾動傳感裝置，其特征在于所述的光源光頻和相位監視模塊中的一種結構，消偏振邁克遜干涉儀結構包括隔離器，分束比50：50耦合器，兩個法拉第轉鏡，干涉探測器，延遲光纖，相位調制器；其中各組成單元的作用，隔離器：防止50：50耦合器的第二端口的反射光進入激光器，分束比50：50耦合器用于光干涉，光從50：50耦合器的第二端口進入，從第三、第四端口出射，分別被兩臂的法拉第轉鏡反射，返回到第三、第四端口，兩束光在50：50耦合器中發生干涉，從第一端口輸出，兩個法拉第轉鏡用為干涉儀提供反射，且能夠消除干涉儀的偏振衰落現象，延遲光纖，用于實現非等臂的拍頻干涉，能夠根據拍頻和延遲光纖長度得到光頻，干涉探測器，用于采集耦合器從1端口出射光，即相位光頻監視模塊的拍頻信號；相位調制器，用于對干涉儀的一臂進行相位調制，便于后續的鎖相解調出干涉信號的相位。