[发明专利]基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统

说明书

本发明提供一种基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统，该系统将分成的第一路直流激光调制成脉冲光发送给传感光纤，使该传感光纤基于脉冲光进行振动探测，产生后向传输的瑞利散射光，接着将第二路直流激光和瑞利散射光进行耦合，产生相位相差180度的两路散射光干涉信号，对两路散射光干涉信号进行相干探测，滤除共模分量，获得拍频电信号。拍频电信号通过由全波整流和低通滤波组成的包络检波电路后，在频域上将拍频电信号从载波搬移到了基带，降低了系统对采集卡采样速率的要求；在时域上得到了拍频电信号的包络，避免了相干探测中的数字解调，降低了处理装置的负担。本发明将全波整流电路和相干探测结合，在保证相干探测高信噪比的同时，提高了传感距离。

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统。

背景技术

对于光纤分布式传感器，整个光纤都充当连续的传感介质，因此单个分布式光纤传感器相当于将大量的点式传感器连接在了一起，从而大大降低了成本。光纤分布式振动传感可以对整个光纤链路上每个位置的振动情况进行分布式的探测，得到振动信号的位置、频率和大小等信息。

分布式感测通常通过诸如光时域反射仪(OTDR)或光频域反射仪(OFDR)之类的技术来实现。时域测量可以在数十公里的感应范围内进行测量且其空间分辨率可达到米或亚米级；而频域测量的空间分辨率可以达到毫米或亚毫米级，但其感应范围通常只能限制在几公里以内。由于在管道检测、边界安防等长距离的实际应用中，米或亚米级的空间分辨率已经可以满足需求，因而目前对时域测量的传感距离以及信噪比提出了更高的要求。在传统的分布式光纤传感系统应用中通常采用散射光强度探测的方式，可以通过直接探测和相干探测的光探测结构实现。对于直接探测方式，其结构简单成本低，但是由于光纤固有的衰减，使得传感距离受到了限制；相干探测有零差、外差等结构，其可以提高信号强度增强信噪比，但是通常需要数字解调来获取有用信号，增加了处理装置(即计算机)的负担，系统难以满足实际应用中对实时性的要求。

发明内容

本发明提供一种基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统，以解决目前光纤基于时域测量技术进行振动测量时仍存在传送距离较短、信噪比较低且处理装置需要进行大量数字解调的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统，包括激光器、第一耦合器、波形调制器、环形器、传感光纤、第二耦合器、平衡探测器、包络检波电路、采集卡和处理装置，所述激光器的输出端连接该第一耦合器的输入端，该第一耦合器的第一输出端通过所述波形调制器与该环形器的第一端连接，该环形器的第二端连接该传感光纤，第三端连接该第二耦合器的第一输入端；该第一耦合器的第二输出端连接该第二耦合器的第二输入端；该第二耦合器的第一输出端和第二输出端对应连接该平衡探测器的第一输入端和第二输入端，所述平衡探测器的输出端依次通过所述包络检波电路、采集卡连接该处理装置；

所述第一耦合器将所述激光器产生的直流激光分成两路，第一路直流激光传输给所述波形调制器，第二路直流激光作为参考光传输给该第二耦合器；

所述波形调制器对该第一路直流激光的强度进行调制，形成具有设定脉宽的脉冲光，并将所述脉冲光传输给该环形器，以使该环形器通过其第二端将该脉冲光传输给所述传感光纤；

所述传感光纤在接收到该脉冲光后，产生向后传输的瑞利散射光，并将该瑞利散射光传输给该环形器，以使该环形器通过其第三端将该瑞利散射光传输给该第二耦合器；

所述第二耦合器对该参考光和瑞利散射光进行耦合，生成两路相位相差180度的散射光干涉信号；

所述平衡探测器对该两路散射光干涉信号进行拍频，滤除共模分量，获得拍频电信号，并将该拍频电信号发送给所述包络检波电路；

所述包络检波电路对该拍频电信号进行全波整流，并对全波整流后的拍频电信号进行低通滤波，将该拍频电信号从载波搬移到基带，从而获得散射信号；