[发明专利]一种分布式光纤声波传感系统及其传感方法

摘要

本发明公开了一种分布式光纤声波传感系统及其传感方法。本发明采用多波长技术，解决了外差频率与传感光纤长度相互制约的问题，从而能够实现更长的传感距离与更高的测量带宽；采用多波长技术，利用不同波长信号间的延时对信号进行组合，从而获得更高的采样率；采用多波长与外差调制解调相结合技术，相比于外差系统，在相同的外差频率下，本发明的系统可以获得更长的传感距离；在相同的传感距离下，本发明的系统能够获得更高的外差频率；采用多波长与外差调制解调以及瑞利背向散射相结合技术，能够得到光纤沿线所有位置所受振动信号的幅度和频率，从而可以恢复出光纤沿线的声波场，实现分布式声波传感。

主权项

1.一种分布式光纤声波传感系统，其特征在于，所述分布式光纤声波传感系统包括：多波长光源、第一波分复用器、调制器、第一光纤放大器、环形器、第二光纤放大器、第二波分复用器、探测器、数据采集卡和计算机；其中，多波长光源发出N个不同波长的连续光，波长分别为λ₁～λ_N，N≥2；经第一波分复用器合为一路；经过调制器后调制成脉冲序列，同一波长脉冲的重复周期为T，每个周期内同一波长产生频率分别为f₁和f₂两个脉冲，f₁≠f₂，称为脉冲对，Δf＝f₁‑f₂称为外差频率，两个脉冲的宽度均为τ，两个脉冲之间的延时为Td；λ_i+1波长的脉冲对与λ_i波长的脉冲对延时T/N，i＝1,…,N；上述脉冲序列经过第一光纤放大器放大后，通过环形器注入传感光纤中；传感光纤中的背向瑞利散射信号经过环形器后到达第二光纤放大器；经过第二波分复用器将N个波长分为N路，然后被探测器探测，并被数据采集卡采集；信号传输到计算机，脉冲序列与背向瑞利散射信号相对应，每一个波长的脉冲序列对应于相应的一条瑞利散射曲线，瑞利散射信号的波长与脉冲对的波长相对应，分别选取t₀时刻λ_i波长下的瑞利散射信号n为传感光纤的有效折射率，c为真空中的光速，t₀时刻的瑞利散射信号即为传感光纤上L₀处散射回来的瑞利散射信号，得到N个在传感光纤同一位置L₀的瑞利散射信号，从而将采样率提高了N倍，得到瑞利散射信号序列每个波长对应的外差频率均为Δf，将位置L₀的瑞利散射信号序列进行时域重构，得到位置L₀处随时间变化的信号I(L₀,t)＝A+Bcos[2πΔft+Φ(t)]，其中A为直流项，B为信号的振幅，Φ(t)为外界振动信息，滤除直流成分后将得到滤波后的信号I_AC(L₀,t)＝Bcos[2πΔft+Φ(t)]，进行外差解调算法，最后得到Φ(t)；对传感光纤上所有位置均进行外差解调，从而得到传感光纤上所有位置上的外界振动信息。