[发明专利]一种萨格纳克光纤分布式振动传感器定位方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤振动传感领域，特别涉及一种可对振动点进行定位的分布式光纤振动传感器定位方法与系统。

背景技术

随着人类社会的进步，机场、监狱、油库、发电站、长输油气管线、高压输电线等重要安全领域数量越来越多规模越来越大，非法入侵事件的数量也随之急剧增加，防范非法侵入成为国家和社会关注的重要问题。这些领域具有面积大，距离长等特点，当入侵行为发生时，能对入侵点进行定位并及时报警是安全监测的重点。

现已安装使用的传统安全防范方法如准入准处、视频监控、人工巡视、异常状态报警等，不仅耗时耗力且只能在一定程度上防止入侵行为的发生。而随着科学技术的发展，入侵的手段变得越来越隐蔽和高超，包含的技术含量也越来越高。传统安装方法不能适应新形势新环境下人们对及时报警和定位侵入点的需求。迫切需要开发出比现有监测系统的技术含量更高、更加可靠的侵入监测系统。

由于光纤集传输传感于一体，具有连续分布、频带宽、损耗小等特性，因此光纤传感技术发展迅猛。光纤作为传输媒介已经能够无中继传输几十公里；而且光纤本身拥有价格低廉寿命长，抗电磁干扰，无辐射、耐腐蚀、免维护等特点，隐蔽性好全天候监测，使用非常安全，几乎不受任何环境因素的影响，这些使得光纤传感器成为了超长距离分布式监测技术的研究热门。

基于分布式光纤传感技术的检测方法最早由Hoffman、Udd、Kurmer等人在光纤陀螺仪的基础上提出。该方法基于单光源、单光纤、单探测器构建单萨格纳克环并利用干涉原理实现了振动定位。单萨格纳克环的结构简单，易实现。但包含的信息量少（需求解包含三个未知量的一个方程）。要实现振动信号的定位，只能求解在特定情况下的零频率特征量；当侵入事件位置量越小，对应的零点频率越高，位置量越大，零点频率就越低，运用此方法进行定位要求被监测的侵入行为具有宽频特性，使其在应用上受到一定的局限。为了丰富信息量，许多研究者在单萨格纳克环的基础上，进行了结构改进。如：Stuart J.Russell等人提出了基于双波长萨格纳克干涉原理的定位方法，该方法采用双光源，双探测器、双光纤构成双波长的萨格纳克环，来丰富系统信息量。Stephanus J等人在双波长萨格纳克干涉原理的光纤传感系统基础上又发展出一种基于双萨格纳克结构的光纤分布式传感监测系统，该系统利用两个宽带光源和波分复用器及两个探测器构成双波长-双萨格纳克干涉系统，极大的丰富了信息量，通过求解干涉输出信号，很容易实现振动位置的解调。A.A.Chtcherbakov等人结合萨格奈克和马赫-曾德干涉仪的特点提出了基于萨格奈克和马赫-曾德干涉仪的监测方法，该方法由单光源、双探测器、多光纤构成萨格奈克和马赫-曾德干涉系统。利用两种干涉仪输出相位信号之比来分离振动位置，实现定位。此后，Tatsuya Omori等人在单萨格纳克环的基础上，提出了带延迟环的塞格纳克分布式光纤传感系统，该系统由单光源、单探测器、双光纤构成。通过添加一个光纤延迟子环并采用脉冲激光器，使光通过光纤延迟子环的次数不同，丰富输出信息量，实现振动定位。

综合上述分析可以看到，无论是双波长萨格纳克系统、双波长-双萨格纳克干涉系统、双马赫曾德干涉系统、萨格纳克-马赫曾德干涉系统还是带延迟环的萨格纳克干涉系统它们都通过增加光源、探测器或者光纤环路来丰富系统的信息量，从而实现振动定位。但正是由于增加了光纤、光源或者探测器，使系统变得复杂，成本高昂，增加了工程化应用的难度。

因此急需一种光路结构简单而且又能传输丰富信息量的光纤振动传感与定位系统。

发明内容

鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种光路结构简单而且又能传输丰富信息量的光纤振动传感与定位系统，本发明提出一种基于波长可调谐激光器的萨格纳克光纤分布式振动传感与定位方法与系统。

本发明的目的之一是提出一种基于萨格纳克干涉原理的光纤分布式振动传感器定位方法；本发明的目的之二是提出一种基于萨格纳克干涉原理的光纤分布式振动传感器定位系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于萨格纳克干涉原理的光纤分布式振动传感器定位方法，包括以下步骤：

S1：在待测点附近设置光纤构成的萨格纳克环作为传感元件进行实时监测；

S2：在光纤构成的萨格纳克干涉环的两端分别设置激光器A和探测器C；

S3：当振动发生时，承载振动位置信息的两束不同频率的光同时在萨格纳克干涉环中分别沿顺时针和逆时针方向传输，并在探测器C处相遇；