[發(fā)明專利]一種分布式光纖傳感系統(tǒng)的擾動(dòng)源定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310040748.X
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN103090961A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫琪真;王賀;劉德明;李曉磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)的擾動(dòng)源定位方法。

背景技術(shù)

光纖傳感技術(shù)具有靈敏度高，布局靈活，抗電磁干擾，耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高靈敏度要求及自然環(huán)境惡劣等情況的監(jiān)測。分布式光纖傳感技術(shù)中光纖同時(shí)具有傳輸和傳感的功能，使得光纖鏈路的任一點(diǎn)都是敏感點(diǎn),屬于“海量”測量，理論上傳感距離任意長，空間分辨率任意小。分布式光纖振動(dòng)定位技術(shù)是分布式光纖傳感技術(shù)的重要分支，利用光纖的應(yīng)力敏感特性，連續(xù)實(shí)時(shí)地監(jiān)測光纖鏈路周邊的振動(dòng)和入侵信號(hào)，能滿足許多特殊環(huán)境的要求，在軍事基地和邊境線等重要場所的入侵監(jiān)測、橋梁隧道的健康監(jiān)測、油氣管道監(jiān)測及工廠社區(qū)的安防領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)效益。

白光干涉型分布式光纖振動(dòng)定位系統(tǒng)使用直線型Sagnac干涉儀（或環(huán)形Sagnac干涉儀）作為基本傳感結(jié)構(gòu)，參與干涉的兩路信號(hào)光經(jīng)過完全相同的傳播路徑，因此對(duì)外界環(huán)境的緩變?cè)肼曈泻軓?qiáng)的免疫性。另外，系統(tǒng)采用寬譜激光器作為光源，采用普通單模通信光纖作為傳感介質(zhì)，具有成本低廉的優(yōu)勢(shì)，利于產(chǎn)業(yè)推廣。因此，對(duì)白光干涉型分布式光纖振動(dòng)定位原理及系統(tǒng)的研究成為國內(nèi)外的關(guān)注熱點(diǎn)。

白光干涉型分布式光纖振動(dòng)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，寬譜光源1發(fā)出激光，進(jìn)入3×3耦合器3，3×3耦合器3的一路輸出端通過延時(shí)光纖6與3dB耦合器8連接，另一路輸出端直接與3dB耦合器8相連，兩路光強(qiáng)近似相等的信號(hào)光經(jīng)過3dB耦合器8合束后進(jìn)入傳感鏈路。9為擾動(dòng)源10之前的光纖傳感鏈路，11為10之后的光纖傳感鏈路，光信號(hào)經(jīng)反射鏡12反射后返回到3×3耦合器3，輸出光信號(hào)分別被光電探測器15，16接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后信號(hào)被數(shù)據(jù)處理模塊19接收并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、信號(hào)解調(diào)、定位計(jì)算等處理。2、4、5、7、13、14都是光纖連接跳線，17與18為電信號(hào)數(shù)據(jù)線。

當(dāng)外界振動(dòng)信號(hào)作用于光纖鏈路時(shí)，由于光彈效應(yīng)，會(huì)引起光纖中傳輸信號(hào)光的相位發(fā)生改變。設(shè)光纖受到角頻率為ω_s=2πf_s的振動(dòng)信號(hào)調(diào)制后相位變化為ΔΦsinω_st，每路光信號(hào)需要先后兩次經(jīng)過振動(dòng)點(diǎn)，最后發(fā)生干涉的兩路信號(hào)光的相位差為：

式中，L為振動(dòng)源距離反射鏡的長度，L_d為延時(shí)光線的長度，n為光纖折射率，c為光在真空中傳播的速度。

當(dāng)振動(dòng)頻率滿足：

fnull=ωs2π=(2k-1)c4nL,k=1,2,3···---(2)]]>

恒等于0，稱頻率f_null為“陷波頻率”。設(shè)f₀為相鄰陷波頻率的間隔，由式（2）得

L=c2nf0---(3)]]>