[發(fā)明專利]一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通道的光纖振動(dòng)測(cè)量裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010553805.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111678584A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于淼;王忠民;常天英;楊先勇;崔洪亮;楊先進(jìn);鄭志豐;程立耀;吳崇堅(jiān);張耀魯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海任馳光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本公開(kāi)提供一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通道的光纖振動(dòng)測(cè)量裝置及方法，涉及光纖分布式振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，通過(guò)在傳統(tǒng)的相位敏感光時(shí)域反射測(cè)量測(cè)量裝置中，增加使用頻移校準(zhǔn)輔助通道，作為測(cè)量裝置的輔助通道，對(duì)光源頻率漂移進(jìn)行完全補(bǔ)償，消除激光器相位噪聲，在光源噪聲抑制前饋結(jié)構(gòu)的前饋環(huán)路中，基于干涉儀、90度光混頻器得到相互正交的兩路干涉光信號(hào)，分別輸出給光電平衡探測(cè)器1和光電平衡探測(cè)器2，轉(zhuǎn)換為兩路干涉電信號(hào)；避免基于單路信號(hào)測(cè)量光頻漂移量時(shí)存在的測(cè)量結(jié)果收到光頻初始相位隨機(jī)變化的影響，提高外界振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及光纖分布式振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通 道的光纖振動(dòng)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開(kāi)相關(guān)的背景技術(shù)，并不必然構(gòu)成現(xiàn)有技 術(shù)。

光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)是根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理，利用脈沖光波 在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光波來(lái)獲取能量(幅度)衰減的信息，可用于測(cè) 量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點(diǎn)定位以及了解光纖沿長(zhǎng)度的損耗分布情況等， 是光纜施工、維護(hù)及監(jiān)測(cè)中必不可少的技術(shù)。

隨著測(cè)量技術(shù)的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了如相位敏感光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)、振動(dòng)測(cè)量技術(shù)和基于二次差分的測(cè)量方法；

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，激光器的相位噪聲會(huì)降低系統(tǒng)的測(cè)量精 度，降低系統(tǒng)的空間分辨率。因此，改善光波的相位噪聲至關(guān)重要。一方面，可 以通過(guò)改進(jìn)激光器材料、保持環(huán)境溫濕度和大氣壓力穩(wěn)定等方法提高光波頻率穩(wěn) 定性，降低相位噪聲；但是在現(xiàn)有激光器制作工藝和恒溫恒濕恒壓處理技術(shù)的基 礎(chǔ)上，獲得顯著進(jìn)步并不是短期內(nèi)容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法；另一方面，可以通過(guò)設(shè) 計(jì)新的光路結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理方法，抑制光波相位噪聲對(duì)振動(dòng)測(cè)量精度和空間定位 的不利影響，對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理方法而言，比如基于二次差分的測(cè)量方 法，會(huì)受到數(shù)據(jù)采集卡有效位(量化噪聲)的制約，其僅僅是數(shù)字信號(hào)處理方法 布并未根本降低激光器相位噪聲，難以進(jìn)一步提高外界振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通 道的光纖振動(dòng)測(cè)量裝置及方法，通過(guò)在傳統(tǒng)的相位敏感光時(shí)域反射測(cè)量測(cè)量裝置 中，增加使用頻移校準(zhǔn)輔助通道，作為測(cè)量裝置的輔助通道，對(duì)光源頻 率漂移進(jìn)行完全補(bǔ)償，消除激光器相位噪聲，提高外界振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量精度。

本公開(kāi)的第一目的是提供一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通道的光纖振動(dòng)測(cè)量裝 置，采用以下技術(shù)方案：

測(cè)量結(jié)構(gòu)，獲取分路器輸出的第一路和第二路連續(xù)光，第一路連續(xù)光經(jīng)過(guò)處 理后通過(guò)環(huán)形器輸入傳感光纖，并將環(huán)形器輸出的攜帶振動(dòng)信息的后向瑞利散射 光與第二路連續(xù)光耦合后，經(jīng)光電探測(cè)器輸出到數(shù)據(jù)采集卡；

輔助通道，獲取分路器輸出的第三路連續(xù)光，依次經(jīng)過(guò)干涉儀、光電平衡探 測(cè)器后進(jìn)行處理，提取相位信息后輸入數(shù)據(jù)采集卡；

處理器，獲取數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到沿傳感光纖的環(huán)境振動(dòng) 信息。

進(jìn)一步地，所述干涉儀將獲取的第一路連續(xù)光分為正交的兩路干涉光信號(hào)， 并分別輸入第一光平衡探測(cè)器和第二光平衡探測(cè)器轉(zhuǎn)化為兩路干涉電信號(hào)。

進(jìn)一步地，對(duì)兩路干涉電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，提取相位信息并輸入數(shù)據(jù)采集 卡。

進(jìn)一步地，第一連續(xù)光經(jīng)過(guò)帶有移頻聲光調(diào)制器轉(zhuǎn)換為具有設(shè)定寬度和周期 的脈沖光，然后經(jīng)過(guò)光放大器、環(huán)形器進(jìn)入傳感光纖。

進(jìn)一步地，第二路連續(xù)光作為本地參考光，與瑞利散射光耦合輸出干涉信號(hào) 進(jìn)入光電探測(cè)器，以聲光調(diào)制器的頻率偏移量為參考，對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行降頻處理， 提取干涉信號(hào)中的相位信息并輸出到數(shù)據(jù)采集卡。

本公開(kāi)的第二目的是提供一種帶光源頻移校準(zhǔn)輔助通道的光纖振動(dòng)測(cè)量方 法，包括以下步驟：