[发明专利]一种基于混沌激光Sagnac干涉的分布式光纤测振装置

说明书

本发明公开了一种基于混沌激光Sagnac干涉的分布式光纤测振装置，采用混沌光源与基于Sagnac干涉的分布式光纤测振相结合的方式，将混沌激光器发出的混沌激光分为两路，在光路一侧加了延迟光纤，光程相等的两路光分别沿顺时针和逆时针路线经过同一环路，在3×3光纤耦合器中发生有效干涉，由平衡光电探测器获得干涉信号，经过数据采集装置和FPGA信号处理装置后，得到干涉信号的时域和频域波形，通过分析干涉信号频域波形中的零频点信息，计算得出振动位置，并输出到显示装置，实现振动位置实时检测，具有定位精度高、探测距离远、信号处理能力强、实时性好等优点。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感技术领域，具体为一种基于混沌激光Sagnac干涉的分布式光纤测振装置。

背景技术

基于干涉原理的测振传感技术的研究多种多样，但大多数均由三种最基本的干涉仪结构（Mach-Zehnder、Michelson和Sagnac）组成。近年来，一些新的结构被提出，例如双Mach-Zehnder环形干涉仪、双Michelson干涉仪、双Sagnac干涉仪等。其中基于Sagnac干涉的分布式光纤测振装置具有搭建成本低，检测灵敏度高等优点，得到了广泛的关注。但是基于Sagnac干涉的测振装置一直存在定位精度较低的问题，且装置最大可探测距离越大定位精度越低，因此同等条件下若要提高定位精度，只得减小最大可探测距离。而影响装置定位精度的一个主要因素为相干散射噪声。该相干散射噪声的大小与光源的相干长度有关，且光源相干长度越短，相干散射噪声就越小。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，将混沌光源与基于Sagnac干涉的分布式光纤测振技术相结合，公开一种基于混沌激光Sagnac干涉的分布式光纤测振装置，克服了现有分布式光纤测振装置测量距离越大定位精度越低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

基于混沌激光Sagnac干涉的分布式光纤测振装置包括：分布反馈式半导体激光器、偏振控制器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、掺饵光纤放大器、环形器、可调谐光纤布拉格光栅、可调谐光衰减器、法拉第旋光镜、第三光纤耦合器、延迟光纤、第四光纤耦合器、传感光纤、第五光纤耦合器、平衡光电探测器、FPGA处理模块、采集卡和上位机。

所述的分布反馈式半导体激光器、偏振控制器与第一光纤耦合器顺次连接，第一光纤耦合器的输出端c与第二光纤耦合器的输入端d相连，第一光纤耦合器的输出端b顺次连接可调谐光衰减器和法拉第旋光镜，第二光纤耦合器的输出端f与掺饵光纤放大器的输入端相连，掺饵光纤放大器的输出端与环形器的输入端x相连，可调谐光纤布拉格光栅与环形器的输入端y相连，环形器的输出端z与第二光纤耦合器的输入端g相连，第二光纤耦合器的输出端e与第三光纤耦合器的输入端k相连，第三光纤耦合器的输出端j与第四光纤耦合器的输入端m相连，第三光纤耦合器的输出端r接入一段延迟光纤后与第四光纤耦合器的入射端n相连，第四光纤耦合器的输出端o连接传感光纤的首端，传感光纤的末端与第五光纤耦合器的输入端相连，第五光纤耦合器的两个出射端相连；第三光纤耦合器的端口h和i分别与平衡光电探测器的输入端IN1和IN2相连，平衡光电探测器的输出端OUT分为两路，一路经过FPGA处理模块与上位机相连，另一路经过采集卡与上位机相连。

优选的所述第一光纤耦合器和第四光纤耦合器均为1×2光纤耦合器。

优选的所述第二光纤耦合器为分光比为20:80的2×2光纤耦合器。

优选的第三光纤耦合器为3×3光纤耦合器。

优选的第五光纤耦合器为2×1光纤耦合器。

其中，所述分布反馈式半导体激光器1、偏振控制器2、第一光纤耦合器3、第二光纤耦合器4、掺饵光纤放大器5、环形器6、可调谐光纤布拉格光栅7、可调谐光衰减器8和法拉第旋光镜9组成混沌激光器。