[发明专利]一种高频响的分布式光纤振动传感装置和实现方法

权利要求书

1.一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于：设有光源模块、1*N+1分光模块、N个移频模块、1*N耦合模块、放大模块、偏振控制模块、2*2耦合器、环形器、传感光纤、探测模块、混频解调模块、同步采集模块和检测分析模块；

其中光源模块发出激光，输出与分光模块的输入端连接，分光模块分出多路激光，其中一路作为相干探测部分与偏振控制模块相连接，输出接入2*2耦合器输入端口，分光模块分出其它N路与不同频移的N个频移模块相连接，同步采集模块控制输出连接各个频移器的控制输入端，频移模块输出与N路耦合模块相连接，耦合模块输出连接放大模块输入端，放大模块输出端连接环形器1端口，环形器2端口连接传感光纤，环形器3端口连接2*2耦合器另一路输入端，2*2耦合器输出端连接探测模块，探测模块输出连接混频解调模块，混频解调模块输出连接同步采集模块，同步采集模块连接检测分析模块。

本发明中所述的光源模块为超窄线宽激光器，光源模块可由一个光源或多个中心频率相差百兆赫兹或千兆赫兹的光源耦合组成。

2.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的分光模块，其要求分光比不小于1*N+1，将光源模块进行分光用于不同光信号的移频处理。

3.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的移频模块，频移范围为几十兆赫兹至百兆赫兹范围内进行分布，同时将光源的连续光转换为脉冲光，可采用电光调制器或声光调制器实现。

4.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的耦合模块，其要求耦合输入不小于N路，是将不同路调制后的信号进行耦合为一路信号输出。

5.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的放大模块，是将光信号进行放大，放大器的峰值功率输出大于2W，采用掺铒光纤放大器来实现。

6.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的偏振控制模块，是对参考光路信号进行偏振方向控制，保证进行相干探测的两路光信号偏振状态相对平行，相干效果好，可采用电控偏振控制器实现；所述耦合器，是实现参考光和后向散射光的相干探测，采用2*2耦合器实现；所述的环形器，是将激光发射到传感光纤中，同时将传感光纤中产生的后向瑞利散射光进行返回送入耦合器的一路进行相干探测；所述的探测模块，是用于实现光电的转换功能，同时结合弱信号放大电路设计和模拟信号处理，光电转换后放大效果满足10³～10⁴，具有初步信号处理设计；所述的混频解调模块，将不同探测频率的瑞利散射信号解调，从时域上进行分开，同时也有效降低信号频率，便于探测，可设计N个混频器、滤波器等组成检波器实现。

7.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的同步采集模块，是将时域信号进行采集转变为数字信号进行处理，同时输出同步信息，分别控制频移模块的调制时间，可采用采样速率不小于50MSPS的采集卡和信号发生器实现。

8.根据权利要求1所述的一种高频响分布式光纤振动传感装置，其特征在于所述的检测分析模块，是将采集的数据进行分析处理，对不同环境振动信息进行识别算法分析，采用嵌入式处理器或电脑实现。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述高频响分布式光纤振动传感装置的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：光源模块(1)发出连续激光，经过分光模块(2)分成N+1束光，其中N束进行处理作为探测激光发出，1束作为参考光用于探测接收；

步骤二：分光模块(2)的N束探测激光分别经过N个不同频移的频移模块(3)，频移模块(3)中包含N个频移控制模块(14)(15)(16)分别对光学调制器(17)(18)(19)进行控制和调制，同步采集模块(12)每路按照时间延迟τ对频移控制模块发出调制脉冲，频移控制模块控制光学调制器发射脉冲的时间和频移大小，每个调制后的信号分别具有不同的光学频率；

步骤三，移频后的N路脉冲探测激光，通过耦合模块(4)将N路探测激光耦合为1路输出，送入放大模块(5)进行脉冲光功率放大；

步骤四，放大后的脉冲源经过环形器(7)的1端口输入，2端口输出送入到传感光纤(8)中，脉冲源经过光纤传输过程中会产生后向瑞利散射信号，经过环形器(7)的3端口返回；

步骤五：分光模块(2)的1路参考光经过偏振控制器(6)控制偏振方向，与返回的瑞利散射信号光接近平行，保证相干探测效果最佳；

步骤六：参考光和信号光分别进入2*2耦合器(9)进行相干并输出，两路输出光相同，相位差180°，送入探测模块(10)进行探测；

步骤七：探测输出信号送入混频解调模块(11)，混频器设计各个频移器相同的本振信号进行混频和低通滤波，进行检波解调出N路振动探测信号；

步骤八：解调出的N路振动探测信号经过同步采集模块(12)进行采集，采集后根据与N路频移器相对应的延迟信号进行N路信号起始位置同步；

步骤九：同步后送入检测分析模块(13)进行振动识别处理。