[發明專利]基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統及方法

有效

• 申請號: 201910080918.4
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109632075B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李政穎;王加琪;王洪海;劉佳佩;王立新;姜德生
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

1.一種基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：它包括窄線寬激光器(1)、脈沖光調制器(2)、脈沖光放大器(3)、光濾波器(4)、環形器(5)、耦合器(6)、嵌入式信號處理器(7)和雙光纖光柵陣列(8)，其中，窄線寬激光器(1)的連續光信號輸出端連接脈沖光調制器(2)的輸入端，脈沖光調制器(2)的脈沖光信號輸出端連接脈沖光放大器(3)的輸入端，脈沖光放大器(3)的輸出端連接光濾波器(4)的輸入端，光濾波器(4)的輸出端連接環形器(5)的第一通信端，環形器(5)的第二通信端連接耦合器(6)的前側第一通信端，耦合器(6)的后側第一通信端打結停用，環形器(5)的第三通信端連接嵌入式信號處理器(7)的第一信號輸入端，耦合器(6)的前側第二通信端連接嵌入式信號處理器(7)的第二信號輸入端，耦合器(6)的前側第三通信端連接嵌入式信號處理器(7)的第三信號輸入端，耦合器(6)的后側第二通信端連接雙光纖光柵陣列(8)的第一光纖光柵陣列，耦合器(6)的后側第三通信端連接雙光纖光柵陣列(8)的第二光纖光柵陣列；

所述耦合器(6)用于將輸入的濾波后的脈沖信號分成三路功率相等的光信號，其中的兩路光分別進入第一光纖光柵陣列和第二光纖光柵陣列，兩路光在第一光纖光柵陣列和第二光纖光柵陣列中分別遇到各個光纖布拉格光柵發生反射，兩路反射的光信號在耦合器(6)中干涉后形成反射光干涉信號，耦合器(6)將反射光干涉信號分成三路反射光干涉信號，第一路反射光干涉信號通過環形器(5)傳輸并經過光電轉換后傳輸給嵌入式信號處理器(7)的第一信號輸入端，第二路反射光干涉信號經過光電轉換后傳輸給嵌入式信號處理器(7)的第二信號輸入端，第三路反射光干涉信號經過光電轉換后傳輸給嵌入式信號處理器(7)的第三信號輸入端。

2.根據權利要求1所述的基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：所述嵌入式信號處理器(7)用于通過采集到的三路反射光干涉信號判斷兩路反射光信號的到達的時間，并利用光時域反射技術進行得到雙光纖光柵陣列(8)中振動事件發生的空間位置，并通過相位解調算法可以得到各探測點的相位變化，進而實現振動信號的還原。

3.根據權利要求1所述的基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：所述耦合器(6)為3×3的熔融拉錐型耦合器，所述耦合器(6)的耦合系數大小相等|k₁₂|＝|k₂₃|＝|κ₃₁|，耦合器(6)中三根光纖的相位因子相同，其中，耦合器(6)前側第一通信端與后側第二通信端之間的耦合系數為|κ₁₂|，耦合器(6)前側第二通信端與后側第三通信端之間的耦合系數為|κ₂₃|，耦合器(6)前側第三通信端與后側第一通信端之間的耦合系數為|k₃₁|。

4.根據權利要求1所述的基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：所述脈沖光放大器(3)為脈沖型摻鉺光纖放大器，所述光濾波器(4)為窄帶光濾波器。

5.根據權利要求1所述的基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：所述耦合器(6)的輸出光強比為1:1:1，且每兩路之間具有相同的相位差2π/3。

6.根據權利要求1所述的基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，其特征在于：所述雙光纖光柵陣列(8)由兩條緊密貼合的啁啾光纖光柵傳感網絡組成，兩條光纖上均刻有m個等間隔的光纖布拉格光柵，每條光纖上相鄰兩個光纖布拉格光柵之間的間距為L，將兩條光纖上的光纖布拉格光柵分別按同樣的編號順序進行編號，兩條光纖上編號相同兩個光纖布拉格光柵之間的間距均為l，兩條光纖上編號相同兩個光纖布拉格光柵之間的部分視為一個振動探測點，并且雙光纖光柵陣列中共有m個探測點。