[發(fā)明專利]時分復用的分布式光纖振動傳感器

有效

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• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN102967358A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 朱濤;何茜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 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(fā)明涉及一種用于振動信息測量的光纖傳感器，尤其涉及一種時分復用的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(jiān)測、航空航天、石油化工、電力系統(tǒng)等安全監(jiān)測；傳統(tǒng)的振動測量方法（如機械式測量法、電測量法）都存在靈敏度低、裝置體積大、測量范圍受放大器件限制等問題，并且傳統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)對被測量場的連續(xù)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。

現(xiàn)有技術中基于光纖技術的振動傳感系統(tǒng)研究已經(jīng)非常廣泛，但現(xiàn)有的測量手段一般都存在振動頻率測量和振動位置測量難以兼顧的問題，如果要同時對振動頻率和振動位置進行監(jiān)測，則必須在測量空間內布置兩套系統(tǒng)，一套用于振動頻率測量，另一套用于振動位置測量，為了實現(xiàn)對大范圍區(qū)域進行全分布式監(jiān)測，勢必需要傳感光纖的長度足夠長，如果同時布置兩套測量系統(tǒng)，需要的傳感光纖長度將達到單套系統(tǒng)的兩倍，造成系統(tǒng)成本大量增加。

發(fā)明內容

針對背景技術中的問題，本發(fā)明提出了一種時分復用的分布式光纖振動傳感器，包括：基于后向瑞利散射原理的第一分布式光纖傳感裝置和基于Mach-Zehnder干涉原理的第二分布式光纖傳感裝置，其中，第一分布式光纖傳感裝置通過對應的傳感光纖獲取被測空間內的振動位置信息，第二分布式光纖傳感裝置通過對應的傳感光纖獲取被測空間內的振動頻率信息，其特征在于：所述第一分布式光纖傳感裝置和第二分布式光纖傳感裝置共用同一條傳感光纖，第一分布式光纖傳感裝置和第二分布式光纖傳感裝置通過時分復用機制錯時工作。

采用后向瑞利散射原理獲取振動位置信息以及采用Mach-Zehnder干涉原理獲取振動頻率信息均是本領域中常用的測量手段，現(xiàn)有技術中，在具體應用前述兩種測量手段時，需要為其各自鋪設一條傳感光纖，也即在空間尺寸一定的條件下，需要鋪設的光纖的總長度為單套測量裝置的2倍，這對于空間尺寸較大的被測空間而言，如果要將其全面覆蓋，需要鋪設的光纖總長度將十分驚人，這不僅會使材料成本大幅上升，同時還會使鋪設光纖的人工成本和工作量也隨之大幅增加，另外，相應的光源提供裝置、濾波裝置、混頻裝置等設備也均需為兩種測量裝置分別單獨設置；本發(fā)明的改進點在于將振動頻率測量裝置和振動位置測量裝置通過時分復用機制有機的結合起來，使兩種測量裝置可以共用傳感光纖，從而提高傳感光纖的利用率，降低系統(tǒng)搭建的成本，并且使單套系統(tǒng)即可完成對兩種振動信息的監(jiān)測。

基于前述方案，本發(fā)明還提出了如下的優(yōu)選實施方式：分布式光纖振動傳感器由光源、第一耦合器、第一聲光調制器、摻鉺光纖放大器、光濾波器、三端口環(huán)形器、長距離傳感光纖（也即前文所述的為兩種測量裝置所共用的傳感光纖）、第二耦合器、平衡光電探測器、第二聲光調制器、隔離器、高通濾波器、混頻器、函數(shù)發(fā)生器、低通濾波器和數(shù)據(jù)采集卡組成；其中，第一耦合器為1×3耦合器，第二耦合器為2×2耦合器；其具體結構為：

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三路，第一路光作為振動位置檢測信號輸入第二聲光調制器，第二路光作為振動頻率檢測信號輸入第一聲光調制器，第三路光作為參考信號輸入第二耦合器的第一輸入端；

第二聲光調制器的輸出端與隔離器的輸入端光路連接，隔離器的輸出端與長距離傳感光纖的首端光路連接（隔離器的作用為防止反向傳輸?shù)墓庑盘枌庠丛斐筛蓴_），長距離傳感光纖的末端與三端口環(huán)形器的收發(fā)復用端光路連接，三端口環(huán)形器的輸出端與第二耦合器的第二輸入端光路連接；

第一聲光調制器的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器的輸出端與光濾波器的輸入端光路連接，光濾波器的輸出端與三端口環(huán)形器的輸入端光路連接；

第二耦合器的兩個輸出端與平衡光電探測器的兩個輸入端一一對應地光路連接，平衡光電探測器的輸出端與高通濾波器的輸入端連接，高通濾波器的輸出端與混頻器的第一輸入端連接，混頻器的第二輸入端與函數(shù)發(fā)生器連接，混頻器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接；

函數(shù)發(fā)生器還分別與第一聲光調制器和第二聲光調制器連接；