[发明专利]一种实现共模噪声自抑制的光纤矢量水听器及其传感方法

摘要

本发明公开了一种实现共模噪声自抑制的光纤矢量水听器及其传感方法。本发明的本法发明采用在一根保偏传感光纤上刻制7个等间距的光栅，并将此保偏传感光纤依次缠绕于互相垂直且设置在质量块的第一至第六弹性筒上，并且光栅位于质量块上，然后基于双脉冲方案，实现互相垂直的三个维度的振动矢量测量，并在测量过程中基于自身结构的特殊设计实现了消除共模噪声而无须附加的参考加速度计；本发明无须其他附加光无源器件，具有结构简单等优点；基于弱反射光纤光栅的推挽式的自身特殊结构，实现了对传感系统共模噪声的抑制，而无须使用附加的参考加速度计，从而降低传感系统成本及体积，在大规模准分布式监测中优势更加明显。

主权项

1.一种实现共模噪声自抑制的光纤矢量水听器，其特征在于，所述光纤矢量水听器包括：质量块、第一至第三芯轴、第一至第六弹性筒、第一至第六压盖、一根保偏传感光纤、第一至第七光栅以及金属外壳；其中，所述质量块为形状中心对称的实心体；所述第一至第三芯轴互相垂直，分别沿X轴、Y轴和Z轴，从质量块的中心穿过，并且每一根芯轴的两端均穿出质量块，三个芯轴相交于质量块的中心；所述第一至第六弹性筒的结构相同，均为中空的筒状；所述第一和第二弹性筒分别共轴套在第一芯轴穿出质量块的两端上；第三和第四弹性筒分别共轴套在第二芯轴穿出质量块的两端上；第五和第六弹性筒分别共轴套在第三芯轴穿出质量块的两端上；在第一至第六弹性筒的顶端分别设置第一至第六压盖，第一至第六压盖分别压在各自相对应的芯轴的顶端，从而将对应的弹性筒固定在压盖与质量块之间；在保偏传感光纤上刻制有等间距排布的第一至第七光栅；在质量块和第一至第六弹性筒的外侧壁上，按照顺序缠绕保偏传感光纤，使得第一至第七光栅分别位于质量块上，并且第i光栅与第i+1光栅之间的那部分保偏传感光纤缠绕于第i弹性筒上，i＝1,2,....,6；缠绕好保偏传感光纤的质量块和第一至第六弹性筒放置在金属外壳中，第一至第六压盖分别固定在金属外壳的内壁上；时域上相互独立的双脉冲作为探测信号入射至保偏传感光纤，双脉冲的时域距离为两倍相邻的光栅之间的间距，当双脉冲中的第一脉冲经过第一光栅时，小部分的光受到反射，大部分的光继续向前传播并依次经过第二至第七光栅，并且依次有小部分光反射，产生包括七个脉冲的第一返回脉冲序列；同理当第二脉冲依次经过第一至第七光栅时，同样产生包括七个脉冲的第二返回脉冲序列；由于双脉冲在时域上互相独立，第一返回脉冲序列的第二个脉冲与第二返回脉冲序列的第一个脉冲产生第一干涉脉冲，以及第一返回脉冲序列的第三个脉冲与第二返回脉冲序列的第二个脉冲产生第二干涉脉冲，以此类推，一共产生第一至第六干涉脉冲；当光纤矢量水听器受到外界振动时，质量块引导第一至第六弹性筒沿各自的轴向形变，进而引发缠绕的保偏传感光纤的径向形变，导致干涉脉冲的相位变化，第一和第二干涉脉冲中携带X方向的外界振动信息，第三和第四干涉脉冲中携带Y方向的外界振动信息，第五和第六干涉脉冲中携带Z方向的外界振动信息；分别将第一至第六干涉脉冲进行相位解调，并分别将解调后的携带X方向的外界振动信息的第一与第二干涉脉冲、携带Y方向的外界振动信息的第三与第四干涉脉冲以及携带Z方向的第五与第六干涉脉冲的相位相减，从而得到在三个维度上抑制共模噪声的外界振动信息，且相位差与外界振动呈正比。