[發明專利]一種分布式光纖應力及振動的傳感系統及其傳感方法

有效

• 申請號: 201710311562.1
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107167225B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 余志華;張齊;戴昊龍;張明宇
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 曹雄

1.一種分布式光纖應力及振動的傳感系統，包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器以及第二偏振控制器，其特征在于：所述激光器通過一邊帶調制器與所述第一耦合器的輸入端連接，所述第一耦合器的兩個輸出端分別為a輸出端和b輸出端，所述a輸出端與一背向瑞利散射光形成光路的輸入端連接，所述b輸出端與所述第二偏振控制器的輸入端連接，所述背向瑞利散射光形成光路的輸出端與所述第二耦合器的輸入端連接，所述第二耦合器的兩個輸出端分別為c輸出端和d輸出端，其中所述c輸出端與一相位敏感時域反射光路的輸入端連接，所述d輸出端和所述第二偏振控制器的輸出端分別與所述第三耦合器的兩個輸入端連接，所述第三耦合器的兩個輸出端分別與一平衡光電檢測器的兩個輸入端連接，所述平衡光電檢測器的輸出端通過一信號處理單元和一微波合成器與所述邊帶調制器連接，所述相位敏感時域反射光路的輸出端通過一光電檢測器與所述信號處理單元連接。

2.如權利要求1所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：所述微波合成器是所述邊帶調制器的驅動開關。

3.如權利要求1所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：所述背向瑞利散射光形成光路包括順序連接的脈沖調制模塊、第一偏振控制器、第一光纖放大器和濾波器，所述脈沖調制模塊的輸入端與所述a輸出端連接，所述濾波器的輸出端與一環形器的第一端口連接，所述環形器的第二端口和第三端口分別與一傳感光纖和所述第二耦合器的輸入端連接。

4.如權利要求1所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：相位敏感時域反射光路包括一第四耦合器、一非平衡臂干涉結構和一相位調制器，所述第四耦合器具有一第一輸出端和一第二輸出端，所述非平衡臂干涉結構的兩個輸出端分別為e輸出端和f輸出端，所述第四耦合器的輸入端與所述c輸出端連接，所述第一輸出端與所述非平衡臂干涉結構的輸入端連接，所述e輸出端與所述相位調制器連接，所述f輸出端和所述相位調制器分別與一第二FRM反射鏡和一第一FRM反射鏡連接，所述第二輸出端通過一第二光纖放大器與所述光電檢測器連接。

5.如權利要求4所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：所述第三耦合器和所述第四耦合器的耦合比均為50:50。

6.一種分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：與權利要求1至權利要求5中任一項所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統的區別在于，所述第二耦合器被一光倒換開關取代，測振動量時，所述光倒換開關導向連接第四耦合器；測應變量時，所述光倒換開關導向連接第三耦合器。

7.一種分布式光纖應力及振動的傳感方法，基于權利要求1至權利要求5任一項所述的分布式光纖應力及振動的傳感系統，其特征在于：包括以下步驟，

步驟10：通過微波合成器控制關閉邊帶調制器使所述邊帶調制器只執行普通光纖的功能；

步驟20：激光器發射的激光經步驟10中的所述邊帶調制器后進入第一耦合器，被所述第一耦合器分成a路和b路，a路的脈沖光進入背向瑞利散射光形成光路并在所述背向瑞利散射光形成光路中形成背向瑞利散射光，b路的脈沖光進入所述第二偏振控制器經所述第二偏振控制器變成第二偏振態脈沖光；

步驟30：所述背向瑞利散射光進入第二耦合器，被所述第二耦合器分成c路和d路，c路中的脈沖光進入相位敏感時域反射光路，最終被光電檢測器探測，然后所述光電檢測器將探測到的光信號轉換成電信號并傳至信號處理單元，d路中的脈沖光和步驟20中的所述第二偏振態脈沖光分別通過第三耦合器的兩個輸入端進入所述第三耦合器，被所述第三耦合器耦合后的脈沖光經所述第三耦合器的兩個輸出端輸出進入平衡光電檢測器，然后所述平衡光電檢測器將探測到的光信號轉換成電信號并傳至所述信號處理單元；

步驟40：若檢測到的信號包括振動信號，則所述信號處理單元直接對振動信號進行解調工作，確定光纖中的振動事件發生的位置；若檢測到的信號包括應變信號，則所述信號處理單元反饋控制所述微波合成器驅動所述邊帶調制器，然后實施掃頻，從而所述信號處理單元確定應變事件發生的位置。