[發明專利]分布式光纖傳感器及信息解調方法

有效

• 申請號: 201210099835.8
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102628698A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 梁可楨;潘政清;蔡海文;葉青;周俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光纖傳感器，特別是一種分布式光纖傳感器及信息解調方法。

背景技術

相位敏感光時域反射計(簡稱為φ-OTDR)是一種新型的分布式光纖傳感器，在對沿光纖線路范圍內的入侵進行遠程和實時動態的安全監測方面具有傳統的傳感器所不能替代的優勢。φ-OTDR采用窄線寬和極小頻率漂移的激光器作為光源，通過探測脈沖寬度區域內后向瑞利散射光的干涉信號而獲得擾動信號，并通過回波時間對事件定位。基于φ-OTDR的分布式光纖傳感不僅具有抗電磁干擾、抗腐蝕、靈敏度高等特點，而且具有隱蔽性好、定位精度高、數據處理簡單等優點，特別適合于天然氣、石油管道等安全監控和民用設施如橋梁、大型建筑等土木工程的健康監控。

目前，基于φ-OTDR的分布式入侵傳感系統的傳感距離已經達到19千米，空間分辨率為5米的精度(在先技術[1]：“Field?test?of?a?distributed?fiber-optic?intrusion?sensor?system?for?long?perimeters”，Appl.Opt.46，1968-1971，2007)。然而已經報道的這類系統多采用的直接探測的方法，只能定性測量發生擾動的位置，無法定量測量擾動的頻率，強度等信息。基于直接檢測的-OTDR技術雖然可以實現分布式的入侵位置探測的目的，但是卻無法測量伴隨入侵的頻率信息和強度信息，因而只能發現入侵，卻無法有效識別不同性質的入侵者，因此應用環境受限制。

發明內容

針對以上技術的局限性，本發明的目的在于提供一種分布式光纖傳感器及信息解調方法，該裝置不僅實現了分布式的入侵位置探測，而且通過對返回光電探測器的瑞利信號的相位和幅度解調，可獲得入侵者的頻率信息和強度信息。

本發明的技術解決方案如下：

一種分布式光纖傳感器，特點在于其構成結構包括：線寬為KHz量級的光纖激光器、第一光纖耦合器、聲光調制器、聲光調制器驅動電源、環形器、傳感光纖、第二光纖耦合器、平衡探測器、數據采集卡和計算機，上述部件的位置關系如下：

通過光纖將所述的光纖激光器的輸出端與第一光纖耦合器的輸入端連接，第一光纖耦合器的第一輸出端口與聲光調制器的光輸入端連接，該聲光調制器的光輸出端口接環形器的第一端口，該環形器的第二端口接所述的傳感光纖，該環形器的第三端口接第二光纖耦合器的第一輸入端，所述的第一光纖耦合器的第二輸出端口接所述的第二光纖耦合器的第二輸入端，該第二光纖耦合器的第一輸出端和第二輸出端分別接所述的平衡探測器第一輸入端、第二輸入端，該平衡探測器的輸出端經數據采集卡與所述的計算機的輸入端相連，所述的聲光調制器的調制端接聲光調制器驅動電源。

所述的第一光纖耦合器為1∶99的光纖耦合器，該耦合器起到分光的作用，將光源發出的連續光分成兩路，99％的光作為種子光，1％的光作為本地光。

利用權上述的光纖傳感器進行入侵探測的信息解調方法，其特點在于該方法的步驟如下：

1)啟動：

啟動光纖傳感器，由光纖激光器發出的連續光經過第一光纖耦合器分光后，種子光進入聲光調制器，被移頻后斬波成為重復頻率為R，脈寬為L的光脈沖，一次探測中，聲光調制器共發出m個脈沖，光脈沖經過環形器依次注入到傳感光纖中；

2)相干檢測：

光脈沖在傳感光纖中傳播時將引起后向的瑞利散射光，一個脈沖所產生的瑞利散射光在t時刻從環形器的第三端口輸出，表示為：

ERej((ω+Δω)t+ΦR(t))]]>

其中：E_R是瑞利散射光的強度，ω是注入傳感光纖中的光脈沖的頻率，Δω是聲光調制器引入的頻移，Φ_R(t)是瑞利散射光的相位，該瑞利散射光由第二光纖耦合器的第一輸入端口輸入；