[发明专利]基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，具体为基于Michelson‑Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统。本发明系统以Michelson光纤干涉仪两臂作为传感臂，两传感臂通过信号分析算法分辨开来；两个干涉仪同时探测同一时变扰动，对解调出的相位进行相加相减处理，获得具有时间延迟的两路信号，通过互相关获得与扰动位置相关的时间延迟，即可计算出扰动位置信息。该系统最大探测距离可达140km，且无盲区。本发明系统利用Michelson‑Sagnac混合光纤干涉仪实现分布式光纤传感与定位，提高长距离分布式传感灵敏度与定位精度，扩大了分布式光纤传感系统频率响应范围，解决了传统方案应用于地埋光缆定位时无法定位的难题。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统。

背景技术

分布式光纤传感器常被应用于周界安防，油管泄漏监测，电力电缆破坏监测，桥梁安全监测等领域。光纤集传感与传输于一体，可以在整个光纤长度上进行连续振动或温度测量，同时获得被测量的具体位置。基于Michelson光纤干涉仪的分布式光纤传感系统具有两臂传感，以及对低频信号具有较高的灵敏度的特点。然而利用该结构的分布式传感与定位应用中，无论是基于时延估计或者陷波点算法，均不适用于低频振动条件。基于Sagnac光纤干涉仪具有微分效应，可以天然隔离一定程度的环境影响。然而，也会滤除掉部分低频振动信号，在微小扰动信号的传感与定位应用中具有一定劣势。本发明基于Michelson-Sagnac融合干涉仪，通过相位还原及信号处理的方法，获得传感路径的扰动并实现定位。充分利用两种干涉仪的优点，可利用低于200Hz的振动实现扰动定位的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高分布式光纤传感器灵敏度与定位精度的基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统。

本发明是利用Michelson-Sagnac混合光纤干涉仪实现分布式光纤传感与定位，并提供一种基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪传感与定位解调算法。本发明可以提高长距离分布式光纤传感灵敏度与定位精度，扩大分布式光纤传感系统频率响应范围，解决传统方案应用于地埋光缆定位时无法定位的难题。

本发明提供的基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统，以Michelson光纤干涉仪两臂作为传感臂，两传感臂可以通过信号分析算法分辨开来；其结构参见图1所示。其中：

基于Michelson干涉仪的分布式两臂传感系统包括：窄带激光器，光隔离器，第一探测器，第三探测器，3×3光纤耦合器，第一传感光缆，第二传感光缆，第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜；窄带激光器发射出相干光波，被3×3光纤耦合器分成三束相等功率的光，其中一束光通过打结的光纤时被耦合出纤芯；另外两束光作为探测光波分别进入第一传感臂1和第二传感臂2；其中第一探测光波1和第二探测光波2分别由第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜反射回来，再次进入3×3耦合器并产生干涉；外界环境对光缆的作用被记录在第一探测光波1和第二探测光波2的相位中；相位信息通过第一光探测器1和第三光探测器3的电压强度呈现出来；

基于Sagnac干涉仪的分布式两臂传感系统包括：宽谱激光器，光隔离器，第二光探测器，第光四探测器，3×3光纤耦合器，第一传感光缆1和第二传感光缆2组成的环形传感光缆；路径上采用偏振控制器；相位信息通过第二光探测器2和第四光探测器4的电压强度呈现出来。

本发明的基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪分布式传感系统中，加入了光隔离器，以防止传感臂的后向散射光和反射回的信号光进入激光器，影响其工作状态；传感臂末端均采用法拉第旋转镜，以实现系统保持偏振稳定状态，路径上采用偏振控制器，以保证Sagnac具有稳定的干涉现象。