[發(fā)明專利]基于雙偏振雙邊帶調(diào)制的分布式光纖聲傳感裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810253111.1
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108507663B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江俊峰;劉鐵根;馬喆;王雙;劉琨;陳文杰;張學(xué)智
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開了一種基于雙偏振雙邊帶調(diào)制的分布式光纖聲傳感裝置及方法，包括窄線寬激光源(1)、保偏光纖隔離器(2)、雙偏振四平行馬赫曾德爾電光調(diào)制器(3)、X偏振方向驅(qū)動用任意波形發(fā)生器(4)、Y偏振方向驅(qū)動用任意波形發(fā)生器(5)、電光調(diào)制器偏壓控制板(6)、1×2保偏光纖耦合器(7)、光纖偏振分束器(8)、第一摻鉺光纖放大器(9)、第一光纖濾波器(10)、光纖環(huán)行器(11)、第二摻鉺光纖放大器(13)、第二光纖濾波器(14)、四路輸出型90°光混合器(15)、平衡光電探測器(16)、數(shù)據(jù)采集卡(17)以及處理單元(18)。本發(fā)明融合時(shí)域反射和頻域反射的優(yōu)點(diǎn)，不受電磁干擾、電無源，可實(shí)現(xiàn)大動態(tài)范圍、高空間分辨率的分布式聲傳感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖聲音傳感測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于數(shù)字雙偏振雙邊帶調(diào)制的分布式聲傳感裝置及測量方法。

背景技術(shù)

近年來隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，光纖聲音傳感測量成為主要研究領(lǐng)域之一。在長距離野外傳輸管線的安全監(jiān)測、海洋地質(zhì)和海洋石油勘探、航空飛機(jī)氣動噪聲源探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。

聲波檢測技術(shù)是利用聲波信號在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播變化實(shí)現(xiàn)對檢測目標(biāo)的探測、識別和定位。現(xiàn)有傳聲器陣列大多采用電學(xué)麥克風(fēng)進(jìn)行構(gòu)建，分立式結(jié)構(gòu)的電子傳感器需要嚴(yán)格的同步采集要求使傳感器陣列規(guī)模嚴(yán)重受限，同時(shí)在一些特殊的環(huán)境，如核磁共振、強(qiáng)電磁干擾或易燃易爆環(huán)境中，電子傳聲器將會失去作用，加之信號衰減會給傳感器端的弱電量信號帶來不利的影響，在較遠(yuǎn)距離的條件下將無法使用。

近年國內(nèi)外研究人員提出分布式光纖振動傳感方法，主要包括干涉型探測法、相敏光時(shí)域反射法、光頻域反射法等?；诼暡ū举|(zhì)上屬于振動信號的原理，上述方法分別存在以下的缺陷：

(1)干涉型探測法，其使用的光源都是連續(xù)激光，因此這類方法的弊端是不能對多點(diǎn)振動同時(shí)進(jìn)行探測；

(2)相敏光時(shí)域反射法，其單一的探測方式使光脈沖寬度和脈沖能量需要折中考慮，限制了系統(tǒng)的空間分辨率、信噪比和動態(tài)范圍的同步提升，難以滿足真正聲波分布傳感要求。如2013年T.Zhu等人將雙馬赫曾德爾干涉結(jié)構(gòu)與phase-OTDR結(jié)合，采用調(diào)制脈沖實(shí)現(xiàn)了測試距離為1km，空間分辨率為5m，響應(yīng)頻率為3MHz的分布式振動傳感系統(tǒng)；

(3)基于光頻域反射法：其采用掃描激光器作為光源，因此這類傳感方法具有高空間分辨率的特點(diǎn)，不過傳感距離受限。如2012年Z.Ding通過直接分析空間域的瑞利散射信息，實(shí)現(xiàn)測試距離為12km，空間分辨率為5m，最大響應(yīng)頻率為2kHz的分布式振動傳感測量。

聲波的探測需要采集完整的聲波信息，因此聲波微弱信號的本質(zhì)則對探測系統(tǒng)提出更高的靈敏度要求?，F(xiàn)有的技術(shù)在完整和高保真記錄光纖各位置處聲波振幅、相位和頻率等信息上存在較大不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種數(shù)字雙偏振雙邊帶調(diào)制的分布式光纖聲傳感裝置及測量方法，將時(shí)域和頻域反射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)融合，為海洋聲場環(huán)境分析、地震分析國防安全等領(lǐng)域提供了一種大動態(tài)范圍、高空間分辨率的技術(shù)方案，在分布式光纖聲傳感方面有很好的應(yīng)用前景。