[发明专利]光纤分布式声波监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤分布式声波监测系统。

背景技术

分布式光纤传感技术是应用光纤纵向特性进行测量的技术，它把被测参量作为光纤长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，为工业和研究领域提供了同时获得被测物理参量的空间分布状态和随时间变化信息的手段，在智能飞行器、智能桥梁、高速公路、重要建筑、煤气管道监测以及光缆监测等领域获得了广泛的应用。

目前，国内光纤分布式监测主要是用于在周界安防领域，确定扰动位置，例如Φ-OTDR（相位-光时域反射计）,只是利用单位脉冲内的背向瑞利散射光干涉不能解调出相应的相位信息，只能解调出相位变化引起的强度变化信息，不能实现扰动位置的扰动信号的相位信息的解调。

发明内容

基于以上的不足，提出了基于背向瑞利散射光干涉的光纤分布式声波监测，通过光路优化设计，实现某单位长度的背向瑞利散射和下一个单位长度的背向瑞利散射的干涉，通过相应的解调算法，解调出作用在某一时间段脉冲内的声波脉冲信息。

本方案所采取的技术措施是：一种光纤分布式声波监测系统，它是以调频DFB光纤激光器输出的窄线宽、频率被调制的激光作为光纤分布式声波监测系统的激光光源，其特征是调频DFB光纤激光器输出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，脉冲激光依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入到传感光纤，会使单位脉冲激光在经过的单位长度传感光纤范围内激发出瑞利散射光，第二环形器的C₂₃端输出信号经过第二光放大器进入到第二光滤波器并输出滤波放大后的背向瑞利散射信号；将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉，即将背向瑞利散射信号分为两路信号，一路进入延时光纤，将背向瑞利散射信号延时一个脉冲脉宽，即将第一时间段的第一单位长度的背向瑞利散射信号延时到第二时间段；另一路信号进入没有延时的光路；然后将两路信号进行干涉，完成与不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉；干涉后的信号经第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块进入到光纤分布式声波监测解调系统中；未经不同单位长度间干涉的背向瑞利散射信号直接进入到第一光电探测器，然后输出电信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

本方案的具体特点还有，调频DFB光纤激光器是指980nm的泵浦光源发出的光经过第一隔离器后进入到第一环形器C11端，第一环形器C12端接入非对称式相移光纤光栅，产生于非对称式相移光纤光栅且波长相同的激光从第一环形器C13端输出经第二隔离器进入到第一耦合器中，激光被分束分别进入到迈克尔逊干涉仪的两臂P2、P3端，通过P2端的激光经过相位调制器的相位载波调制后经第一法拉第旋转镜反射后返回与通过P3端并经第二法拉第旋转镜反射后返回的激光在第一耦合器的P4端汇合输出窄线宽且频率被调制的激光，用作光纤分布式声波监测系统的激光光源。

所述非对称式相移光纤光栅是利用紫外光在掺杂铒、铥、镱、镨的光敏光纤上刻写的一种特殊的光纤光栅，在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。在扫描曝光制作光纤光栅的过程中，当光栅长度和反射率均达到设定值时，控制相位掩膜板与光纤发生沿光纤轴向的相对运动，移动掩膜板之后继续曝光一定的长度，这样由于相位掩膜板位置的变化，使前后制作的两段光栅在连接位置产生相位的跃变，形成相移光纤光栅，此方法称为相位掩膜板移动法，此方法通过精确控制相位掩膜板和光纤的相对运动距离，使相移量精确控制在π；在C点π的相移，形成控制相位跃变位置偏离光纤光栅的中间位置使得一端光纤光栅的长度AC小于另一端光纤光栅的长度CB形成非对称式的相移光纤光栅，增加了DFB光纤激光器的出光功率，其结构特点是在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。它相当于激光器的工作物质和谐振腔，接上泵浦光源，就可以产生与相移光栅波长相同的激光（如图2）。

所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指第三耦合器的B₃₂，B₃₃和第四耦合器的B₄₁，B₄₂构成的有臂长差S的马赫-曾德干涉仪将不长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。