[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

本發明涉及一種基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統，窄線寬激光器、脈沖光調制器、脈沖光放大器和光濾波器依次連接，光濾波器的輸出端連接環形器的第一通信端，環形器的第二通信端連接耦合器的前側第一通信端，耦合器的后側第一通信端打結停用，環形器的第三通信端連接嵌入式信號處理器的第一信號輸入端，耦合器的前側第二通信端連接嵌入式信號處理器的第二信號輸入端，耦合器的前側第三通信端連接嵌入式信號處理器的第三信號輸入端，耦合器的后側第二通信端連接雙光纖光柵陣列的第一光纖，耦合器的后側第三通信端連接雙光纖光柵陣列的第二光纖。本發明在不增加硬件成本的前提下，更真實的還原振動信號。

技術領域

本發明涉及光纖光柵傳感技術領域，具體涉及一種基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統及方法。

背景技術

隨著振動傳感監測技術的發展，工程上對振動信號的監測不斷提出了高精度、高靈敏度的測試要求，對振動信號進行長時監測已經成為工程界的目標之一，研發高性能的振動監測系統勢在必行。光纖光柵傳感技術的出現，與振動監測技術的需求不謀而合，相比于傳統的機械式、壓電式、磁電式等傳感器，光纖光柵傳感器具有體積小、質量輕、柔性好、抗電磁干擾能力強、精度高、動態范圍寬等一系列優點，能實現高分辨能力、高信噪比、高可信度、長期穩定的實時監測功能，在石油、土木、海洋、航空、航天、機械等領域中具有廣闊的應用前景。

傳統的分布式光纖振動傳感方法分為基于瑞利散射以及光纖光柵反射兩種，其中光纖光柵反射的分布式振動信號因其信噪比高，靈敏度高，對溫度容忍能力強等優勢被廣泛應用。基于光纖光柵的分布式振動監測方法是將振動引起的相鄰兩個光柵之間全部光纖長度的變化轉化為干涉光信號的相位變化，從而對干涉信號的相位解調得到振動信號。

理論上分析，光柵間的光纖越長，對外界的感知能力越強，系統的靈敏度越高。但是在實際應用中，由于光纖上每一小段上長度的變化都將引起干涉信號的相位變化，最終得到的相位變化是光柵間整段光纖上長度變化的累加，當振動波信號傳到光纖上的每個點時，該點處的響應會隨距離產生延遲，因此檢測到的信號會出現振動抵消的可能性。隨著光纖長度的增加，外界噪聲對光纖長度的影響遠遠大于振動源的影響，從而造成系統的信噪比變差。光源的頻率不穩定性引入的相位噪聲也會隨光纖長度的增長而增加。為避免上述情況的發生，可以降低光柵之間的間隔，然而這種方法又會受到諸如脈沖信號的脈寬、硬件電路的帶寬、信號采集的采樣率、數據傳輸的速率等硬件電路限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙光纖光柵陣列的振動監測系統及方法，本發明在不增加硬件成本的前提下，更真實的還原振動信號，提高系統信噪比，同時利用嵌入式系統在信號采集的過程中進行數據的預處理提高系統的動態范圍。

為解決上述技術問題，本發明所設計的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、脈沖光調制器、脈沖光放大器、光濾波器、環形器、耦合器、雙光纖光柵陣列和嵌入式信號處理器，其中，窄線寬激光器的連續光信號輸出端連接脈沖光調制器的輸入端，脈沖光調制器的脈沖光信號輸出端連接脈沖光放大器的輸入端，脈沖光放大器的輸出端連接光濾波器的輸入端，光濾波器的輸出端連接環形器的第一通信端，環形器的第二通信端連接耦合器的前側第一通信端，耦合器的后側第一通信端打結停用，環形器的第三通信端連接嵌入式信號處理器的第一信號輸入端，耦合器的前側第二通信端連接嵌入式信號處理器的第二信號輸入端，耦合器的前側第三通信端連接嵌入式信號處理器的第三信號輸入端，耦合器的后側第二通信端連接雙光纖光柵陣列的第二光纖光柵陣列，耦合器的后側第三通信端連接雙光纖光柵陣列的第二光纖光柵陣列。