[发明专利]一种光纤分布式声波传感系统

说明书

本申请公开一种光纤分布式声波传感系统，包括正向泵浦源、波分复用器、有源相移光栅阵列、反向泵浦源、数据解调与处理装置；有源相移光栅阵列包括在同一光纤中刻入的若干有源相移光栅，各个有源相移光栅具有相同的激发光波长；有源相移光栅阵列，用于接收正向泵浦脉冲以及从反向泵浦源入射的反向泵浦光脉冲，以使每个有源相移光栅中生成正向激发光和反向激发光，并且在同一脉冲时间内使相邻两个有源相移光栅产生激发光自干涉；数据解调与处理装置，用于对相邻两个有源相移光栅之间的光纤相位进行干涉检测，以测量作用于所述光纤的声波信号。本申请所述系统是采用主动激发光干涉替代被动反射光干涉，激发光信号强度大且稳定性高，环境适应性高。

技术领域

本申请涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤分布式声波传感系统。

背景技术

声波检测技术是对声波信号进行检测和监控的传感技术，可以对快速可变的声波振动进行振频、相位和振幅的实时采集。基于光纤传感的声波检测技术具有频带宽、灵敏度高、耐高温和不受电磁场干扰等优点，广泛应用于天然气和石油开采开发，民用设施如桥梁、大型建筑等土木工程的健康监测，以及军事、国防等领域，其中光纤分布式声波传感技术因大范围、高性价比、高信息获取效率等优势逐渐成为光纤传感研究的重点。

根据传感光纤的不同，现有光纤分布式声波检测系统主要分为两大类：一种是将窄线宽的分布式反馈光纤激光器(DFB-FL，Distributed Feedback-Fiber Laser)作为光源，利用光纤内后向瑞利散射，不同时刻返回的瑞利散射光对应着探测光纤上的不同位置，通过相位解调获取不同位置处外声场信息；另一种是将窄线宽的分布式反馈光纤激光器(DFB-FL，Distributed Feedback-Fiber Laser)作为光源，利用无源全同弱光纤光栅，在光纤中插入大量反射率不足千分之一的无源全同弱光纤光栅替代瑞利散射，使得后向散射光稳定性显著增强。

然而，上述第一种方案，光纤瑞利散射的缺点在于其本质上仍是一种随机过程，强度非常微弱，且存在随机涨落等问题，虽然通过相位解调技术可以提高解调稳定性，但仍受偏振衰落等问题的困扰；而上述第二种方案，无源全同弱光纤光栅的缺点在于其反射波长易受局部温度、应力影响而发生漂移，在入射光波长不变的前提下，容易造成光纤上某些位置反射光出现“空洞”，则这些位置的外声场信号就无法被采集和解调出来，使得此方案的环境适应性较差。因此，亟需一种信号强度大、信号稳定且环境适应性高的光纤分布式声波传感系统。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种光纤分布式声波传感系统。

本申请提供一种光纤分布式声波传感系统，包括正向泵浦源、波分复用器、有源相移光栅阵列、反向泵浦源、数据解调与处理装置；所述波分复用器用于接收从正向泵浦源入射的正向泵浦脉冲，将所述正向泵浦脉冲传输至有源相移光栅阵列，并将有源相移光栅阵列反馈的激发光信号传输至数据解调与处理装置；所述有源相移光栅阵列包括在同一光纤中刻入的若干有源相移光栅，各个有源相移光栅具有相同的激发光波长；

所述有源相移光栅阵列，用于接收所述正向泵浦脉冲以及从反向泵浦源入射的反向泵浦光，以使每个有源相移光栅中生成正向激发光和反向激发光，并且在同一脉冲时间内使相邻两个有源相移光栅产生激发光自干涉；

所述数据解调与处理装置，用于对相邻两个有源相移光栅之间的光纤相位进行干涉检测，以测量作用于所述光纤的声波信号。

可选地，所述正向泵浦脉冲的理论长度l大于所述有源相移光栅阵列中各有源相移光栅的间距Δl；其中，l＝cw/2n_f，c为真空中的光速，w为所述正向泵浦脉冲的脉冲宽度，n_f为所述光纤的折射率。

可选地，所述激发光自干涉包括：

当第i个与第i+1个有源相移光栅的透射窗口交叠或部分交叠时，第i个与第i+1个有源相移光栅的反向激发光发生干涉，1﹤i≦N，N为所述有源相移光栅阵列中包括的有源相移光栅的总数。