[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

本發明公開一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統及方法，屬于光纖光柵傳感技術領域，解決了現有技術中使用雙臂干涉儀解調存在容易受外界環境干擾，底噪聲大，頻率響應帶寬較窄的問題。一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統，包括窄線寬激光器，用于產生中心波長一定的連續光；聲光調制器，用于將連續光調制為相應的雙脈沖信號；環形器，用于將雙脈沖信號傳送至弱光柵陣列；弱光柵陣列將所述雙脈沖信號反射至環形器；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；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；光電探測器，用于獲取干涉信號，并其轉換為電信號。降低了系統底噪聲、提高了信噪比和頻率響應范圍。

技術領域

本發明涉及光纖光柵傳感技術領域，尤其是涉及一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統及方法。

背景技術

對于分布式弱光柵振動傳感解調系統的信號采集及解調端；根據光纖光柵的振動傳感機制，振動信號實質是被調制到干涉信號中，進行振動信號的解調實際上是進行相位解調；目前，分布式傳感系統常用的相位解調方式有正交(IQ)解調算法、相位載波生成(PGC)檢測法以及3×3耦合器解調算法；

對于分布式弱光柵振動傳感解調系統的信號解調，目前常用的干涉儀為Mach-Zehnder干涉儀、Sagnac干涉儀、Michelson干涉儀；脈沖光被連續的弱光柵反射回來，最終到達干涉儀中，經過兩個不等長干涉臂后在耦合器中發生干涉，從而使相鄰弱光柵的反射光產生干涉現象；具有敏感雙臂的干涉儀容易受到外界環境的干擾，如機箱溫度、風扇、外界噪聲、振動等影響，造成信號解調的底噪聲很大，從而影響系統的信噪比。另外，現有大部分振動傳感系統對頻率響應的帶寬較窄，對低頻響應難度大。

發明內容

本發明的目的在于至少克服上述一種技術不足，提出一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統及方法。

一方面，本發明提供了一種弱光柵陣列分布式振動傳感系統，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。

進一步地，所述弱光柵陣列分布式振動傳感系統還包括數據采集與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。

進一步地，所述弱光柵陣列分布式振動傳感系統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。

進一步地，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。

進一步地，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；