[發明專利]基于非對稱式融合干涉儀的分布式光纖傳感定位系統

有效

• 申請號: 202110560264.2
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113324568B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 肖倩;賈波;胡雨晗;周鵬威
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體為基于非對稱式融合干涉儀的分布式光纖傳感定位系統。本發明系統融合了單芯反饋式干涉儀與單向環型干涉儀；兩個干涉儀同時探測同一擾動，對解調出的相位信號進行相減處理，獲得具有時間延遲的兩路信號，通過互相關計算獲得兩路信號之間的時間延遲，即可計算出擾動位置，實現擾動定位。本發明系統可以提高干涉式長距離分布式傳感的定位精度，使干涉式分布式光纖傳感的定位精度更加接近反射式分布式光纖傳感的定位精度，在干涉式傳感器在長距離安防等領域有更大的應用優勢。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及基于非對稱式融合干涉儀的分布式光纖傳感定位系統及算法。

背景技術

分布式光纖傳感器具有抗電磁干擾、耐腐蝕、節能等優點，適合惡劣環境，可以用于周界安防、管線狀態監測、結構安全監測等特殊領域，它主要包含反射式傳感器與干涉式傳感器兩大類。反射式分布式光纖傳感器以相位敏感光時域反射儀為主，它具有定位精度高的優點，但是所需的光電器件(窄線寬光源、調制器等)成本很高。干涉式分布式光纖傳感器包括Sagnac、Michelson、Mach-Zender等干涉儀及它們的各類混合結構，優點包括靈敏度高、動態范圍大、實現成本低，但是定位精度比反射式傳感器低。本發明提出了一種新型干涉式分布式光纖傳感系統，它基于單芯反饋式與單向環型的非對稱融合干涉儀，因此具有傳統干涉式傳感器的優勢，它通過相位解調及信號處理的方法，獲得傳感路徑上的擾動并且在定位精度上比傳統結構有了較大的提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高干涉式分布式光纖傳感器定位精度的基于非對稱式融合干涉儀的分布式光纖傳感定位系統。

本發明是利用單芯反饋式與單向環型融合光纖干涉儀實現分布式光纖傳感與定位，并提供一種基于該非對稱式光纖干涉儀的傳感與定位算法。本發明可以提高干涉式長距離分布式光纖傳感系統的定位精度，使干涉式光纖傳感定位系統的定位精度更接近反射式光纖傳感定位系統的定位精度，解決了傳統的長距離光纖干涉儀定位誤差較大的問題。

本發明提供的基于非對稱式融合干涉儀的分布式光纖傳感定位系統，其結構如圖1所示；包括單芯反饋式干涉儀、單向環型干涉儀；其中：

所述單芯反饋式干涉儀，包括：寬譜激光器(1)，第一光隔離器(2)，第一光電探測器(13)，第三光電探測器(15)，第一波分復用器(11)，第二波分復用器(12)，干涉單元(17)，傳感光纜(6)，第三波分復用器(7)，法拉第旋轉鏡(9)；

所述單向環型干涉儀，包括：寬譜激光器(1)，第一光隔離器(2)，第二光電探測器(14)，第四光電探測器(16)，第一波分復用器(11)，第二波分復用器(12)，干涉單元(17)，傳感光纜(6)，第三波分復用器(7)，第二光纖延時線(8)和第二光隔離器(10)。

第一光隔離器(2)用于消除進入寬譜激光器(1)的光學反射，四個光電探測器(13-16)用于光電轉換。干涉單元(17)的作用是將四個光電探測器(13-16)光電轉換的光和寬譜激光器(1)發射的光發生干涉，將傳感光路中的光相位變化轉變為光強度變化，它的其中一種可能的結構如圖2所示，干涉單元(17)由3×3光纖耦合器(3)、第一光纖延時線(4)、2×2光纖耦合器(5)構成，它的光注入接口用來連接置于激光器(1)之后的第一光隔離器(2)，兩個光探測接口(19、20)用來連接光電探測器，兩個傳感光路接口(21、22)用來連接后續的傳感光路；單芯反饋式干涉儀與單向環型干涉儀共用同一個干涉單元，這保證了探測到的振動信號的一致性。單芯反饋式干涉儀的傳感部分是傳感光纜(6)，傳感光經法拉第旋轉鏡(9)再反射回干涉單元(17)形成干涉，一次擾動在單芯反饋式干涉儀中產生兩次相位調制。單向環型干涉儀的傳感部分包括傳感光纜(6)和第二光纖延時線(8)，第二光纖延時線(8)被封裝屏蔽了外界振動，實際起作用的部分也只有傳感光纜(6)，第二光隔離器(10)設置于傳感光路接口(21)后，使傳感光在該環狀傳感光路中單向傳輸，一次擾動在單向環型干涉儀中只產生一次相位調制。第二光纖延時線(8)與傳感光纜(6)的長度經過匹配，兩個干涉儀中的光程相等。