[發明專利]分布式光纖振動傳感器

有效

• 申請號: 201210349310.5
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102865914A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 朱濤
• 申請（專利權）人: 朱濤
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感技術，尤其涉及一種分布式光纖振動傳感器。?

背景技術

振動量測量在工程領域具有潛在的運用價值，如結構健康監測、航空航天、石油化工、電力系統等安全監測。傳統的振動測量方法如機械式測量法、電測量法，存在靈敏度低，體積大，測量范圍受放大器件限制的問題，并且傳統的振動測量方法只能進行點式測量，在實際運用中受到限制，因此研制高性能的振動測量系統勢在必行。?

分布式光纖傳感技術是指沿光纖傳輸路徑上的外部信號以一定的方式對光纖中的光波進行不斷的調制，以實現對被測量場的連續空間進行實時測量。光纖既是導光介質，同時作為傳感元件，感應外界振動信號。?

相比于傳統的振動傳感器，光纖傳感具備靈敏度高的特點，光纖傳感能探測到極其細微的變化；動態范圍大；保密性好，不受外界電磁波的干擾；體積小、重量輕，而且監控區域大，能對大范圍區域進行監測；不易受環境變化影響；更重要的。光纖傳感能達到全分布的實時監控。?

基于光纖技術的振動傳感系統研究已經非常廣泛，分布式光纖傳感系統主要包括：光時域反射（OTDR，Optical?Time?Domain?Reflectometer）、分布式光纖布拉格光柵（FBG，Fiber?Bragg?Grating）、光纖干涉式分布傳感。光纖布拉格光柵實現點式或準分布式光纖傳感，兼合波分復用技術，能實現振動的定位，但缺失振動頻率信息。光時域反射主要是相位型光時域反射（Φ-OTDR），能實現米量級的空間分辨率，但能檢測的振動頻率較低。光纖干涉式分布傳感能檢測較高的振動頻率信息，但存在振動空間分辨率低的問題。?

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種分布式光纖振動傳感器，它由光源、第一耦合器、聲光調制器、摻鉺光纖放大器、光濾波器、三端口環形器、第一光電探測器、第二耦合器、第二光電探測器、高通濾波器、混頻器、函數發生器、低通濾波器、數據采集卡、計算機和長距離傳感光纖組成；光源與第一耦合器的輸入端光路連接，第一耦合器將輸入光分為兩路，一路光作為檢測信號輸出至聲光調制器，另一路光作為參考信號輸出至第二耦合器的第一輸入端；聲光調制器對輸入光進行調制處理后將光輸出至摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器對輸入光進行放大處理后將光輸出至光濾波器進行消噪處理，經消噪處理后的光由光濾波器傳輸至三端口環形器的輸入端，三端口環形器的收發復用端與第一光電探測器連接，三端口環形器的輸出端與長距離傳感光纖的一端連接，三端口環形器用以提取長距離傳感光纖的后向瑞利散射光；長距離傳感光纖的另一端與第二耦合器的第二輸入端連接，檢測信號和參考信號在第二耦合器中發生拍頻干涉；第二耦合器的輸出端與第二光電探測器的輸入端連接，第二光電探測器的輸出端與高通濾波器?的輸入端連接，高通濾波器提取檢測信號和參考信號的干涉信號中的交流項；高通濾波器的輸出端與混頻器的其中一個輸入端連接，混頻器的另一個輸入端與函數發生器連接，檢測信號和參考信號的干涉信號中的交流項與函數發生器輸出的余弦信號在混頻器內進行混頻；函數發生器還與聲光調制器連接；混頻器的輸出端與低通濾波器連接；低通濾波器和第一光電探測器都連接至數據采集卡，數據采集卡與計算機相連；長距離傳感光纖鋪設于被測空間內。?

基于前述結構，為了提高第二耦合器輸出的信號的信噪比，本發明還作了如下改進：第二光電探測器采用平衡光電探測器；第二耦合器采用2×2耦合器；第二耦合器的兩個輸出端與第二光電探測器的兩個輸入端一一連接。?

更進一步地，函數發生器產生頻率為5KHz、脈寬為50ns、高電平幅值為1V、低電平幅值為0.1V的電脈沖信號；聲光調制器在函數發生器輸出的電脈沖信號調制下，輸出光脈沖信號，高電平脈沖光用于檢測發生振動的位置；低電平脈沖光用于檢測振動的頻率。?

為了降低摻鉺光纖放大器的自發輻射噪聲，本發明還作了如下改進：摻鉺光纖放大器的工作方式采用前向泵浦方式，采用980nm泵浦光在10m摻鉺光纖下實現光放大。?

本發明的有益技術效果是：可同時對振動位置和振動頻率進行檢測，對信號的分辨率較高。?

附圖說明

圖1、本發明的結構示意圖；?

圖2、第二光電探測器采用平衡光電探測器時的結構示意圖。?