[發明專利]一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統及方法

在審

• 申請號: 202010000897.3
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111157101A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 唐健冠;劉宇哲;蔣言實;鄧艷芳;甘維兵;楊明紅;郭會勇
• 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: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 易賢衛

1.一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，包括窄線寬激光器、聲光調制器、環形器、弱光柵陣列和3×3耦合器和光電探測器；

所述窄線寬激光器，用于產生中心波長一定的連續光，并發送至所述聲光調制器；所述聲光調制器，用于將所述連續光調制為相應的雙脈沖信號，并將所述雙脈沖信號傳送至環形器；所述環形器，用于接收所述雙脈沖信號，并將所述雙脈沖信號傳送至弱光柵陣列，所述弱光柵陣列將所述雙脈沖信號反射至環形器；所述環形器還用于將經過反射的雙脈沖信號傳送至所述3×3耦合器；所述3×3耦合器，用于使經過反射的雙脈沖信號形成干涉，生成干涉信號；所述光電探測器，用于獲取所述干涉信號，并將所述干涉信號轉換為電信號。

2.根據權利要求1所述的弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，還包括數據采集與FPGA處理單元，所述數據采集與FPGA處理單元，用于生成電脈沖，以使聲光調制器將所述連續光調制為相應的雙脈沖信號；所述數據采集與FPGA處理單元還用于對所述電信號進行采集并解調，形成解調后的信號。

3.根據權利要求1所述的弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，還包括摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器，用于將所述雙脈沖信號放大；所述聲光調制器將所述雙脈沖信號傳送至環形器，具體包括，所述聲光調制器將所述雙脈沖信號傳送至摻鉺光纖放大器，經摻鉺光纖放大器放大后，傳送至環形器。

4.根據權利要求1所述的弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，所述聲光調制器將所述連續光調制為相應的雙脈沖信號，具體包括，所述聲光調制器將所述連續光調制成前后兩上升沿的時間延遲為T_ps、脈沖脈寬為T_w、脈沖重復頻率為F_p的雙脈沖信號，

其中，F_p≤v/2L，v為光在弱光柵陣列中的傳播速度，d為弱光柵陣列光柵距離，n_e為弱光柵陣列的折射率，L為弱光柵陣列的長度，c為光速。

5.根據權利要求4所述的弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，所述3×3耦合器使經過反射的雙脈沖信號形成干涉，生成干涉信號，具體包括，所述3×3耦合器使經過反射的雙脈沖信號形成干涉，當t＝0時雙脈沖信號輸入傳感光纖，第i與i+1個光柵反射信號形成干涉強度為I(t)的干涉信號；

其中，E_i,R_i,τ_i分別為第i個光柵的振幅、反射率、時間；φ(t)為第i+1與i個光柵之間的相位差，σ偏振失配因子。

6.根據權利要求5所述的弱光柵陣列分布式振動傳感系統，其特征在于，還包括根據所述第i與i+1個光柵反射信號形成的干涉強度為I(t)的干涉信號，獲取三個探測器的電流

并使用標準的反正切算法，可以得到電信號的電壓，

其中，D為直流分量，φ₀是相鄰弱光柵陣列的初相位差，Δφ是外界環境引起的相位差。

7.一種弱光柵陣列分布式振動傳感方法，其特征在于，包括以下步驟：

將中心波長一定的連續光調制為相應的雙脈沖信號，并將所述雙脈沖信號傳送至弱光柵陣列；所述弱光柵陣列將所述雙脈沖信號反射，使經過反射的雙脈沖信號形成干涉，生成干涉信號；獲取所述干涉信號，并將所述干涉信號轉換為電信號。

8.根據權利要求7所述的弱光柵陣列分布式振動傳感方法，其特征在于，還包括對所述電信號進行采集并解調，形成解調后的信號；對解調后的信號使用反正切算法得到相鄰兩光柵之間的相位變化。

9.根據權利要求7所述的弱光柵陣列分布式振動傳感方法，其特征在于，還包括在將所述雙脈沖信號傳送至弱光柵陣列前，對所述雙脈沖信號進行放大。

10.根據權利要求7所述的弱光柵陣列分布式振動傳感方法，其特征在于，將所述連續光調制為相應的雙脈沖信號，具體包括，將所述連續光調制成時間延遲為T_ps、脈沖脈寬為T_w、脈沖重復頻率為F_p的雙脈沖信號，

其中，F_p≤v/2L，v為光在弱光柵陣列中的傳播速度，d為弱光柵陣列光柵距離，n_e為弱光柵陣列的折射率，L為弱光柵陣列的長度，c為光速。