[发明专利]一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置及方法

说明书

本发明公开了一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置，包括脉冲发生器、激光器、第一耦合器、第二耦合器、N个声光调制器（AOM）、第三耦合器、掺饵光纤放大器（EDFA）、光纤环形器、传感光纤、第四耦合器、平衡探测器和信号采集卡。本发明还公开了一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置的探测方法，本发明通过引入N个不同工作频率的声光调制器实现了多频测量，且其频率间隔足够大，保证了各频率的幅度分布相互独立；在各个频率信号间寻找信噪比最佳的信号求相位差并回溯前一周期数据，使得相位差的检测结果得以接续，实现振动信号的连续测量，有效地降低了系统陷入探测死区的概率。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置及方法。

背景技术

近年来，地震等自然灾害频发，我国的大规模基础设施不断兴建，对自然灾害的提前预警，对大型基础设施的健康监测逐渐成了研究热点。在这些实际应用中往往需要在恶劣的自然环境下进行长距离大范围的传感，相位敏感型光时域反射技术作为一种分布式光纤传感技术，凭借着可测量振动、测量距离长、灵敏度高、可连续分布测量等优点，在上述应用中具有巨大优势。

鉴相是的一种重要信号处理方式，它利用背向瑞利散射光的相位变化来还原振动信息，这种方式为系统带来很高的灵敏度，且能够准确的还原外界振动的波形，在自然灾害预警、大型基础设施健康监测等方面应用广泛。

在鉴相的过程中，需要确定背向瑞利散射曲线距离轴上的两点L₁和L₂，通过处理得到这两点的相位和若无外界振动影响，将维持不变；在外界振动影响下，通过监测的变化可以得到振动信息。在外差相干探测中，由于一个脉冲宽度内的背向瑞利散射光发生干涉及本振光和背向瑞利散射光之间偏振态匹配等原因，其背向瑞利散射曲线在距离轴上呈现随机的相干相长或相干相消。如果在某次测量中L₁和L₂中任意一个位置出现相干相消，则弱信号就会淹没在底噪中，导致该次测量出错。因此，上述鉴相方法的测量准确性非常依赖于L₁和L₂的位置选择，在上述过程中，L₁和L₂中任意一个位置的背向瑞利散射光功率过低，均会造成L₁和L₂间的区域形成探测死区。探测死区的存在限制了鉴相系统的准确性，增大了系统的误报率，在实际应用中可能存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

为了在利用装置鉴相的过程中有效地抑制探测死区，本发明提供一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种降低探测死区概率的分布式光纤振动传感装置，包括脉冲发生器、激光器、第一耦合器、第二耦合器、N个声光调制器、第三耦合器、掺饵光纤放大器、光纤环形器、传感光纤、第四耦合器、平衡探测器和信号采集卡；其中，所述激光器产生连续模式窄线宽激光，所述窄线宽激光经第一耦合器分成两路；其中一路作为初始探测光输入至第二耦合器，另一路作为本振光输入至第四耦合器；

所述脉冲发生器分别输出N路相同的调制脉冲至N个声光调制器，并输出与调制脉冲同步的同步脉冲至信号采集卡；

由第二耦合器将初始探测光分为N路，分别由N个声光调制器将连续模式窄线宽激光转换为N路同步的脉冲光，并使N路脉冲光产生不同的频移；

第三耦合器将N路脉冲光合为一路，并输出至掺饵光纤放大器，所述脉冲光经放大后输出至光纤环形器第一端口，从光纤环形器第二端口注入至传感光纤，所述传感光纤产生背向瑞利散射光，并将背向瑞利散射光输入至光纤环形器的第二端口，并由所述光纤环形器的第三端口输出至第四耦合器；