[發明專利]基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統

在審

• 申請號: 201711212634.3
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107782438A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 胡君輝;陸杭林;杜婧;吳天銀;邵來鵬
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務所(普通合伙)45119
• 代理人: 但玉梅

1.基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，包括窄線寬激光器、脈沖信號發生器、電光調制器、環形器、單模光纖、光纖光柵、光電探測器和數字信號處理單元；所述窄線寬激光器的輸出端連接電光調制器的光輸入端，其輸出的連續光通過所述電光調制器的光輸入端注入電光調制器中；所述脈沖信號發生器的輸出端連接電光調制器的射頻輸入端，其輸出的編碼電脈沖信號通過所述電光調制器的射頻輸入端注入電光調制器中，所述電光調制器在編碼電脈沖信號的作用下把窄線寬激光器輸出的連續光調制成編碼脈沖光，所述編碼脈沖光的編碼位數和脈沖寬度由脈沖信號發生器設置；所述電光調制器的輸出端連接環形器的第一端口以將編碼脈沖光注入環形器，所述環形器的第二端口依次連接單模光纖、光纖光柵以將編碼脈沖光輸入單模光纖并在單模光纖中向光纖光柵傳播；所述光電探測器連接環形器的第三端口，以接收從所述單模光纖返回的背向散射光和光纖光柵反射回來的反射光、并輸出單模光纖返回的背向散射光和光纖光柵反射回來的反射光混合得到的電信號；所述數字信號處理單元連接光電探測器以通過所述電信號得到單模光纖鏈路的光時域反射儀曲線(OTDR曲線)和光纖光柵所處環境的振動信息。

2.如權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，所述光纖光柵振動測量系統發出的編碼脈沖光的周期為T，所述周期T滿足以下條件：

T>2Lc/n]]>

其中，L為單模光纖長度，c為真空中的光速，n為單模光纖纖芯有效折射率。

3.如權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，所述窄線寬激光器輸出的連續光的中心波長等于光纖光柵反射譜上升沿或下降沿一半處的波長。

4.如權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，所述電光調制器為振幅調制型電光調制器。

5.如權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，所述數字信號處理單元由脈沖信號發生器向其發出的同步觸發信號觸發運行。

6.如權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統，其特征在于，所述光纖光柵為布拉格光柵。

7.一種基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量方法，其基于權利要求1所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量系統進行，其特征在于，所述光纖光柵振動測量方法包括OTDR曲線的獲取，其中，所述OTDR曲線的獲取包括如下步驟：

1)調整所述脈沖信號發生器輸出的編碼電脈沖信號的周期、編碼位數和碼元寬度；

2)所述窄線寬激光器將連續光、所述脈沖信號發生器將編碼電脈沖信號注入電光調制器，所述電光調制器輸出的編碼脈沖光至所述環形器中，所述數字信號處理單元記錄編碼脈沖光發出至光電探測器接收到光信號的時間間隔t，同時所述數字信號處理單元記錄時間間隔t內每一時刻的光功率；

3)所述數字信號處理單元依據所測量得到的時間間隔t和每一時刻的光功率，并根據公式經過解碼得到OTDR曲線；其中，所述公式中，L為單模光纖長度，c為真空中的光速，n為單模光纖纖芯有效折射率。

8.如權利要求7所述的基于脈沖編碼和邊沿濾波法的光纖光柵振動測量方法，其特征在于，所述光纖光柵振動測量方法還包括光纖光柵反射譜光功率的時域曲線和頻域曲線的獲取，其中，所述光纖光柵反射譜光功率的時域曲線和頻域曲線的獲取基于OTDR曲線的獲取得到的，具體步驟如下：

1)光纖光柵反射譜光功率的時域曲線的獲取：所述數字信號處理單元根據所測得的OTDR曲線確定光纖光柵的位置，并根據探測到光纖光柵反射光功率的時間順序提取光纖光柵反射光功率分布曲線，即得到光纖光柵反射譜光功率的時域曲線，其中，所述光纖光柵反射譜光功率的時域曲線中的幅值對應光纖光柵所處環境振動的幅值大小；

2)光纖光柵反射譜光功率的頻域曲線的獲取：所述數字信號處理單元對所述光纖光柵反射光功率分布曲線進行快速傅里葉變換即得到光纖光柵反射譜光功率的頻域曲線，同時所述數字信號處理單元獲取基頻信號的頻率信息f₀，從而實現所述光纖光柵所處外界環境振動的實時監測；其中，所述基頻信號為所述光纖光柵振動測量系統無振動或者振動穩定且不超出預先設定值時光纖光柵反射回來的光信號。