[发明专利]基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光栅振动传感器

权利要求书

1.一种基于数字增强干涉的高灵敏度准分布式光纤光栅振动传感器，其特征在于包括窄线宽激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、电光调制器(3)、声光调制器(4)、环形器(5)、弱反射率光纤光栅阵列(6)、弱反射率光纤光栅阵列由弱反射率光栅1、光栅2…、光栅m级联而成、第二光纤耦合器(7)、双平衡探测器(8)、任意波形发生器(9)、电学放大器(10)、n个电学延时器：电学延时器1(11)、电学延迟器2(12)…、电学延时器n(13)、n个乘法器：乘法器1(14)、乘法器2(15)…、乘法器n(16)、相位解调器(17)，所述的窄线宽激光器(1)的输出端口与所述的第一光纤耦合器(2)的输入端口相连，第一光纤耦合器(2)的第一输出端口与所述的电光调制器(3)的光信号输入端相连，所述的电光调制器(3)输出端口与所述的声光调制器(4)的光信号输入端口相连，所述的声光调制器(4)的光信号输出端口与所述的环形器(5)第一端口相连，所述环形器(5)的第二端口与弱反射率光纤光栅阵列(6)的输入端口相连，所述环形器(5)的第三端口与所述的第二光纤耦合器(7)的第一输入端相连，第一光纤耦合器(2)的第二输出端口与第二光纤耦合器(7)的第二输入端口相连，第二光纤耦合器(7)的两个输出端口与双平衡探测器(8)的两个输入端口相连，所述双平衡探测器(8)的输出端口同时与乘法器1(14)、乘法器2(15)…、乘法器n(16)的第一输入端口相连，所述的任意波形发生器(9)的第一输出端口与所述的电学放大器(10)的输入端口相连，所述的电学放大器(10)的输出端口与电光调制器(3)的射频信号输入端口相连，任意波形发生器(9)的第二输出端口同时与所述的n个电学延时器输入端口并联相连，所述的n个电学延时器的输出端口分别与对应的n个乘法器的第二输入端口相连，n个乘法器的输出端口分别与相位解调器(17)的多个输入端口相连。

2.根据权利要求1所述传感器进行传感的方法，利用任意波形发生器产生伪随机序列，伪随机序列经过放大器之后，用来驱动电光调制器，电光调制器对窄线宽激光器的激光进行相位调制，伪随机码调制后光信号经过弱反射率光纤光栅阵列，不同弱反射率光纤光栅反射点处反射回来的光信号到达接收端的时间不同，利用伪随机码自相关系数为1，互相关系数约为0的特点，将接收到的信号与经过特定延迟即与信号光到达欲测量点的往返时间一致的本地伪随机码进行相关运算，就得到感兴趣的某点的反射信号，而其它点的信号(包括噪声)被抑制，相关运算之后的信号再经过相位解调，得到各个反射点的相位信息，相邻的两个反射点处的相位信息进行差分，就能得到两个反射点之间的传感光纤上的振动、声音传感信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于采用由弱反射率光栅1、光栅2…、光栅m级联而成的弱反射率光纤光栅阵列，由所述光栅阵列反射回来的信号作为传感信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于弱反射率光纤光栅阵列中的各个弱反射率光栅的折射率经过设计：各个弱反射率光栅的折射率随距离逐渐增大，保证反射回来的光信号幅度基本一致，提高信噪比。

5.根据权利要求2所述的方法，所述的窄线宽激光器是窄线宽光纤激光器，中心波长是1550nm,线宽为2.5kHz,也可以采用其它种类的窄线宽的激光器；所述的第一光纤耦合器是普通单模光纤，1550nm波段，分光比是9:1；所述的第二光纤耦合器是普通单模光纤，1550nm波段分光比是1:1。

6.根据权利要求2所述的方法，所述的电光调制器，是具有较高带宽的相位调制器，通过伪随机码对光信号进行0或π相位调制。

7.根据权利要求2所述的方法，所述的声光调制器是使本振光与探测光产生几十MHz的频率差，输出光仍为连续光。

8.根据权利要求2所述的方法，所述的所述的任意波形发生器由可编程逻辑器件制备，实现伪随机序列的产生，以及对数字信号处理，实现数字信号的相位解调；所述的双平衡探测器，是将光信号转换为电信号的高速探测器；所述的乘法器，是实现电信号与伪随机序列的乘法(相关)运算。

9.根据权利要求2所述的方法，所述的电学延时器，是为了使本地伪随机序列进行延迟，与反射点反射回来的信号的伪随机序列相位一致。所述的放大器，主要是实现对伪随机序列的放大，使伪随机序列能够驱动电光调制器实现0或π相位调制。

10.根据权利要求2所述的方法，所述的相位解调器是能够实现信号的相位解调的硬件模块，或是经过模数转换器+计算机上位机后的软件解调。