[發(fā)明專利]一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010797318.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN111998933B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐健冠;呂萬華;鄧艷芳;郭會(huì)勇;范典;甘維兵;楊明紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00;H03K3/64
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發(fā)明公開了一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置及方法，裝置包括激光光源、任意波形發(fā)生器、電光調(diào)制器、光環(huán)行器、弱光柵陣列以及光電探測器，任意波形發(fā)生器用于輸出四組單極性電脈沖序列至所述電光調(diào)制器；所述電光調(diào)制器用于根據(jù)四組所述單極性電脈沖將連續(xù)光調(diào)制成格雷互補(bǔ)光脈沖序列，以得到四組特定編碼的光脈沖序列；所述光環(huán)行器用于將四組所述光脈沖序列傳送至弱光柵陣列中；所述弱光柵陣列用于根據(jù)四組所述光脈沖序列產(chǎn)生四組反射信號(hào)；所述光電探測器用于將四組所述反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為四組電信號(hào)。本發(fā)明可在提升信噪比的同時(shí)，克服現(xiàn)有技術(shù)中空間分辨率和傳感距離相互制約的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置及方法。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感技術(shù)由于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、耐腐蝕耐高溫、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前光纖傳感領(lǐng)域國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。適用于抗腐蝕、易燃、易爆、高溫和高壓等惡劣環(huán)境；光纖傳感損耗低，具有良好的光纖分布延伸的特點(diǎn)，傳感鏈路中任一點(diǎn)都能受到振動(dòng)信號(hào)的調(diào)制，從而可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的無漏點(diǎn)監(jiān)測。在遠(yuǎn)距離和高空間分辨率要求的監(jiān)測中，分布式光纖振動(dòng)傳感具有電子傳感器件不可比擬的優(yōu)勢，在石油探測、交通領(lǐng)域、邊境安全、軍事基地防范、油氣管道泄漏、社區(qū)安全以及建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

在分布式光纖傳感的應(yīng)用領(lǐng)域中，如何提升系統(tǒng)的信噪比、空間分辨率和傳感距離一直是研究的重點(diǎn)。常見的提升空間分辨率的方法是減小探測光脈沖的脈寬，但這種方法有著明顯的不足，隨著探測光脈沖的脈寬的減少，其光功率也隨之降低，造成的結(jié)果便是系統(tǒng)的傳感距離的減少。反之，增大脈寬，可以增加探測光脈沖的功率，增大其傳感距離，但系統(tǒng)的空間分辨率隨之變差。

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置及方法，可在提升信噪比的同時(shí)，克服現(xiàn)有技術(shù)中空間分辨率和傳感距離相互制約的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置，包括激光光源、任意波形發(fā)生器、電光調(diào)制器、光環(huán)行器、弱光柵陣列以及光電探測器，其中，所述激光光源、電光調(diào)制器、光環(huán)形器、弱光柵陣列依次連接，所述任意波形發(fā)生器與所述電光調(diào)制器連接，所述光電探測器與所述光環(huán)形器連接；

所述激光光源用于產(chǎn)生連續(xù)光；所述任意波形發(fā)生器用于輸出四組單極性電脈沖序列至所述電光調(diào)制器；所述電光調(diào)制器用于根據(jù)四組所述單極性電脈沖序列將所述連續(xù)光調(diào)制成格雷互補(bǔ)光脈沖序列，以得到四組特定編碼的光脈沖序列后，將所述光脈沖序列發(fā)送至所述光環(huán)形器；所述光環(huán)行器用于接收四組所述光脈沖序列，并將四組所述光脈沖序列傳送至弱光柵陣列中；所述弱光柵陣列用于根據(jù)四組所述光脈沖序列產(chǎn)生四組反射信號(hào)，將四組所述反射信號(hào)反射至所述光環(huán)形器；所述光電探測器用于接收光環(huán)行器輸出的四組反射信號(hào)，并將四組所述反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為四組電信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置中，所述激光光源為窄線寬光源。

優(yōu)選的，所述的基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置還包括：數(shù)字處理單元，所述數(shù)字處理單元與所述光電探測器連接，所述數(shù)字處理單元用于對(duì)四組所述電信號(hào)進(jìn)行采集并解碼，以得到振動(dòng)信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置還包括：摻鉺光纖放大器，所述摻鉺光纖放大器設(shè)置在所述電光調(diào)制器與所述光環(huán)形器之間，所述摻鉺光纖放大器用于將所述電光調(diào)制器輸出的四組光脈沖序列進(jìn)行放大處理后輸出至所述光環(huán)形器。

優(yōu)選的，所述的基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量裝置中，四組單極性電脈沖序列間隔預(yù)設(shè)時(shí)間依次發(fā)送。

一種基于脈沖編碼的光纖光柵振動(dòng)測量方法，包括如下步驟：