[发明专利]一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法有效

专利信息
申请号: 201710311562.1 申请日: 2017-05-05
公开(公告)号: CN107167225B 公开(公告)日: 2019-05-31
发明(设计)人: 余志华;张齐;戴昊龙;张明宇 申请(专利权)人: 中国地质大学(武汉)
主分类号: G01H9/00 分类号: G01H9/00
代理公司: 武汉知产时代知识产权代理有限公司 42238 代理人: 曹雄
地址: 430074 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 输出端 耦合器 背向瑞利散射光 信号处理单元 边带调制器 分布式光纤 光电检测器 偏振控制器 传感系统 光路连接 时域反射 激光器 测量 传感 光路 分布式光纤传感器 功能和应用 微波合成器 振动事件 敏感 输出 平衡 保证
【权利要求书】:

1.一种分布式光纤应力及振动的传感系统,包括激光器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器以及第二偏振控制器,其特征在于:所述激光器通过一边带调制器与所述第一耦合器的输入端连接,所述第一耦合器的两个输出端分别为a输出端和b输出端,所述a输出端与一背向瑞利散射光形成光路的输入端连接,所述b输出端与所述第二偏振控制器的输入端连接,所述背向瑞利散射光形成光路的输出端与所述第二耦合器的输入端连接,所述第二耦合器的两个输出端分别为c输出端和d输出端,其中所述c输出端与一相位敏感时域反射光路的输入端连接,所述d输出端和所述第二偏振控制器的输出端分别与所述第三耦合器的两个输入端连接,所述第三耦合器的两个输出端分别与一平衡光电检测器的两个输入端连接,所述平衡光电检测器的输出端通过一信号处理单元和一微波合成器与所述边带调制器连接,所述相位敏感时域反射光路的输出端通过一光电检测器与所述信号处理单元连接。

2.如权利要求1所述的分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:所述微波合成器是所述边带调制器的驱动开关。

3.如权利要求1所述的分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:所述背向瑞利散射光形成光路包括顺序连接的脉冲调制模块、第一偏振控制器、第一光纤放大器和滤波器,所述脉冲调制模块的输入端与所述a输出端连接,所述滤波器的输出端与一环形器的第一端口连接,所述环形器的第二端口和第三端口分别与一传感光纤和所述第二耦合器的输入端连接。

4.如权利要求1所述的分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:相位敏感时域反射光路包括一第四耦合器、一非平衡臂干涉结构和一相位调制器,所述第四耦合器具有一第一输出端和一第二输出端,所述非平衡臂干涉结构的两个输出端分别为e输出端和f输出端,所述第四耦合器的输入端与所述c输出端连接,所述第一输出端与所述非平衡臂干涉结构的输入端连接,所述e输出端与所述相位调制器连接,所述f输出端和所述相位调制器分别与一第二FRM反射镜和一第一FRM反射镜连接,所述第二输出端通过一第二光纤放大器与所述光电检测器连接。

5.如权利要求4所述的分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:所述第三耦合器和所述第四耦合器的耦合比均为50:50。

6.一种分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:与权利要求1至权利要求5中任一项所述的分布式光纤应力及振动的传感系统的区别在于,所述第二耦合器被一光倒换开关取代,测振动量时,所述光倒换开关导向连接第四耦合器;测应变量时,所述光倒换开关导向连接第三耦合器。

7.一种分布式光纤应力及振动的传感方法,基于权利要求1至权利要求5任一项所述的分布式光纤应力及振动的传感系统,其特征在于:包括以下步骤,

步骤10:通过微波合成器控制关闭边带调制器使所述边带调制器只执行普通光纤的功能;

步骤20:激光器发射的激光经步骤10中的所述边带调制器后进入第一耦合器,被所述第一耦合器分成a路和b路,a路的脉冲光进入背向瑞利散射光形成光路并在所述背向瑞利散射光形成光路中形成背向瑞利散射光,b路的脉冲光进入所述第二偏振控制器经所述第二偏振控制器变成第二偏振态脉冲光;

步骤30:所述背向瑞利散射光进入第二耦合器,被所述第二耦合器分成c路和d路,c路中的脉冲光进入相位敏感时域反射光路,最终被光电检测器探测,然后所述光电检测器将探测到的光信号转换成电信号并传至信号处理单元,d路中的脉冲光和步骤20中的所述第二偏振态脉冲光分别通过第三耦合器的两个输入端进入所述第三耦合器,被所述第三耦合器耦合后的脉冲光经所述第三耦合器的两个输出端输出进入平衡光电检测器,然后所述平衡光电检测器将探测到的光信号转换成电信号并传至所述信号处理单元;

步骤40:若检测到的信号包括振动信号,则所述信号处理单元直接对振动信号进行解调工作,确定光纤中的振动事件发生的位置;若检测到的信号包括应变信号,则所述信号处理单元反馈控制所述微波合成器驱动所述边带调制器,然后实施扫频,从而所述信号处理单元确定应变事件发生的位置。

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