[發明專利]避免偏振衰落的分布式光纖瑞利散射振動傳感系統和方法

在審

• 申請號: 201711104429.5
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107643120A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 田銘;張良;于本化
• 申請（專利權）人: 武漢理工光科股份有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 許美紅

技術領域

本發明涉及分布式光纖瑞利散射振動傳感系統技術領域，尤其涉及一種避免偏振衰落的分布式光纖振動傳感器的相干解調系統和方法。

背景技術

分布式光纖振動傳感器是近幾十年來發展的一種用于實時測量空間振動信息分布的光纖傳感系統。經過幾十年的發展，該技術比較成熟的。該技術通常采用相干接收來提高靈敏度。采用相干探測的方式，就不可避免會帶來偏振衰落噪聲的影響。光在光纖中傳播，由于光纖受到外界環境的作用和自身不均勻性的影響，使得光的偏振態發生連續地隨機改變。這樣就使得返回的瑞利散射光信號與本振光出現偏振態不匹配的情況，從而嚴重的削弱兩束光相干后得到的信號強度，降低系統的信噪比，嚴重影響系統的檢測性能。解決偏振態不匹配的通常做法是在系統中加入高速擾偏器。經過擾偏器的作用使得參考光路的光以很高的速度進行遍歷，這樣在與傳感光路中返回的瑞利散射光相干時，總能保證一部分光的偏振態是匹配的。兩束光偏振態完成平行時，信號最強。但是總有一定概率兩束光的偏振態在垂直附近，那么信號會很弱。

若采用擾偏器的方法，只考慮了光的一個偏振態，只能減少偏振衰落的概率，但是不能避免。

發明內容

針對現有分布式光纖瑞利散射振動偏振衰落傳感技術的缺陷或改進需求，本發明提供了一種避免偏振衰落的分布式光纖瑞利散射振動傳感系統和方法，其目的在于避免偏振衰落問題，減小誤報率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種避免偏振衰落的混頻方法，包括以下步驟：

兩路輸入光各自分成X、Y方向的正交偏振光，第一路輸入光分成第一X偏振光、第一Y偏振光；第二路輸入光分成第二X偏振光、第二Y偏振光；

將第一X偏振光均分成兩束光；第二X偏振光也均分成兩束光；四路光兩兩配對，其中一對不做處理直接混頻輸出第一差分信號；另一對的一束光經過相位調制產生90°相位差，再經混頻輸出第二差分信號；

第一差分信號和第二差分信號均各自通過光電轉換輸出Ix電信號和Qx電信號；

同理，第一Y偏振光和第二偏振光經過上述與X偏振光相同的處理后，輸出Iy電信號和Qy電信號。

本發明還提供了一種避免偏振衰落的QPSK相干接收機，包括：

順次連接的第一偏振分束器、第一分光器、第一混頻器和第一平衡接收器；一路輸入光經第一偏振分束器分成第一X偏振光、第一Y偏振光，兩束光為X、Y方向的正交偏振光，第一X偏振光經第一分光器均分成兩束光；

順次連接的第二偏振分束器、第二分光器、第一相位調制器、第二混頻器和第二平衡接收器；第二分光器的輸出端與第一混頻器的一個輸入端連接；第二混頻器的一個輸入端與第一分光器的輸出端連接；另一路輸入光經第二偏振分束器分成第二X偏振光、第二Y偏振光，兩束光為X、Y方向的正交偏振光，第二X偏振光經第二分光器均分成兩束光，其中一束光與第一分光器輸出的一束光不做處理直接進入第一混頻器，經第一混頻器混頻后輸出第一差分信號；第二分光器輸出的另一束光經第一相位調制器調整產生90°相位差后再與第一分光器輸出的另一束光進入第二混頻器，經第二混頻器混頻后輸出第二差分信號；第一差分信號通過第一平衡接收器光電轉換后輸出Ix電信號，第二差分信號通過第二平衡接收器光電轉換后輸出Qx電信號；

該QPSK相干接收機還包括順次連接的第三分光器、第三混頻器和第三平衡接收器，其中第三分光器與輸入端與第一偏振分束器連接；

該QPSK相干接收機還包括順次連接的第四分光器、第二相位調制器、第四混頻器和第四平衡接收器，其中第三分光器與輸入端與第一偏振分束器連接；所述第四分光器的一個輸出端與第三混頻器的一個輸入端連接，所述第四混頻器的一個輸入端與第三分光器的一個輸出端連接；

第一Y偏振光經第三分光器均分成兩束光；第二Y偏振光經第四分光器均分成兩束光，其中一束光與第三分光器輸出的一束光不做處理直接進入第三混頻器，經第三混頻器混頻后輸出第三差分信號；第四分光器輸出的另一束光經第二相位調制器調整產生90°相位差后再與第三分光器輸出的另一束光進入第四混頻器，經第四混頻器混頻后輸出第四差分信號；第三差分信號通過第三平衡接收器光電轉換后輸出Iy電信號，第四差分信號通過第四平衡接收器光電轉換后輸出Qy電信號。

本發明還提供了一種基于上述避免偏振衰落的分布式光纖瑞利散射振動傳感系統，包括：

激光器、耦合器、聲光調制器、第一摻餌光纖放大器、第一濾波器、環形器、第二摻餌光纖放大器、第二濾波器、QPSK相干接收機、數據采集卡、解調算法單元和同步脈沖板以及傳感光纜；