一種精確定位型光纖分布式振動傳感器的製作方法

2023-06-11 00:38:01 5

專利名稱：一種精確定位型光纖分布式振動傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電傳感技術領域，尤其涉及一種精確定位型光纖分布式振動傳感
o
背景技術：
光纖分布式傳感器能測量整個光纖長度上隨時間變化的振動信息，它具有靈敏度 高、檢測距離遠、抗電磁幹擾能力強、安裝後易維護等優點，因此在長距離光纜保護，輸油管 道監測和其它結構監測領域的具有重要意義。目前，根據工作原理的區別，光纖分布式傳感器可以分為雙幹涉儀型、光時域反射 計型，強度調製型以及散射型等四種。其中，雙幹涉儀型光纖分布式傳感器具有實現原理簡 單、靈敏度高、器件成本低、適於長距離傳感用等優良特性，已經成為應用最為廣泛的光纖 分布式振動傳感器。雙幹涉儀型光纖分布式振動傳感器採用雙幹涉儀結構，較為典型的有基於雙馬赫 澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器和薩格奈克_馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳 感器。圖1所示為現有的雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖，該 傳感器包括光源10、第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13、第四耦合器14、第一 光電探測器15、第二光電探測器16以及分別連接於第二耦合器12和第三耦合器13的兩個 耦合臂之間的傳感臂17和參考臂18，此外，第三耦合器13的一個耦合臂和第四耦合器14 的一個耦合臂通過傳感光纖19相連接。光源10發出的光經第一耦合器11分光後，第一耦 合器11的耦合臂101和耦合臂102分別輸出第一光束和第二光束。所述第一光束經過第 二耦合器12分為兩束光後分別注入傳感臂17和參考臂18，最後傳感臂17和參考臂18的 輸出光在第三耦合器13處發生幹涉得到第一幹涉光；所述第一幹涉光依次通過傳感光纖 19和第四耦合器14後由第一光電探測器15接收，構成了第一個幹涉儀。所述第一耦合器 11輸出的第二光束依次經過第四耦合器14和傳感光纖19傳輸後注入第三耦合器13，第三 耦合器13將所述第二光束分光後使其分別經傳感臂17和參考臂18傳輸後在第二耦合器 12處發生幹涉得到第二幹涉光，最後第二幹涉光由第二光電探測器16接收，構成了第二個 幹涉儀。圖1所示光路中的傳感臂17、參考臂18和傳感光纖19採用相同的單模光纖。若 有振動信號q>(t)施加在傳感臂17上，可將cp(t)看做一相位調製信號，則圖1所示傳感器中的 兩個幹涉儀會受到相同信號Cp(t)的相位調製，但由於兩個幹涉儀中相位調製信號<p(t)的作 用位置距離光電探測器的光纖長度有所差別，因此該調製信號到達兩個光電探測器的時間 不同。如圖1所示，假設振動發生在傳感臂17上距離第二耦合器12為x的位置處，傳感臂 17長為La，傳感光纖19長為Lc，則第一個幹涉儀中的調製信號cp(t)到達第一光電探測器15 走過的光程為La-x+Lc，第二個幹涉儀中的調製信號<p(t)到達第二光電探測器16走過的光
程為x，調製信號q>(t)在第一個幹涉儀中到達第一光電探測器15的時間為、，調製信號cp(t).在第二個幹涉儀中到達第二光電探測器16的時間為t2，則調製信號Cp(t)在兩個幹涉儀中達 到光電探測器的時間差為 △t=t1-t2=n(La+Lc-2x)/c
其中，n為傳感臂17和傳感光纖19的纖芯的有效折射率，c為光在真空中的速度， 且第一耦合器11與第二耦合器12、第四耦合器14之間可緊密連接，因此第一耦合器11與 第二耦合器12、第四耦合器14之間的連接距離可視為零。顯然，為了準確定位振動信號作 用的位置，只需測量At，即可通過下式(2)計算出振動位置X:x =1/2(La+Lc-c△t/n)(2)雖然雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器的響應時間短，工作距離長，靈 敏度高，但是，由於長距離傳感降低成本的需要，該傳感器中的傳感臂、參考臂以及其他傳 感光纖段均採用單模光纖，由於單模光纖在實際製作工藝過程中不能夠保證均勻性，而且 在實際使用過程中環境的複雜變化，引起了雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器中 的兩個幹涉儀的非互易性，這種非互易性導致了兩個幹涉儀的初始相位不同且隨機變化， 幹涉儀初始相位的不同疊加直至幹涉輸出，會使雙向馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳 感器在定位的時候發生偏差甚至定位失敗。此外，單模光纖本身固有的本徵雙折射和外界 隨機因素導致的誘導雙折射會使單模光纖中傳輸的光波的偏振態發生隨機變化，由於只有 相同偏振態(振動方向)的光矢量(電場矢量)分量之間才會發生幹涉，因此傳感臂和參 考臂的出射光發生幹涉時，光電探測器接收到的幹涉信號的幅值會發生隨機變化。特別地， 在傳感臂和參考臂中傳播的光波的偏振態正交時，傳感臂和參考臂中的光波將不能發生幹 涉，光電探測器接收的幹涉信號的幅值將為0，此時該傳感器完全失效。可見，雙馬赫澤德幹 涉儀型光纖分布式振動傳感器由於輸出信號的不穩定性，可能使傳感器在一定的時間範圍 內出現無輸出信號的失效情況，嚴重影響了傳感器在實際監測應用中的可靠性。現有的薩格奈克-馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器的原理與雙馬赫澤 德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器類似，區別僅在於其光路結構採用了薩格奈克-馬赫澤 德幹涉儀結構，薩格奈克-馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器已是現有技術，此處 不對其結構多作說明。同樣地，由於現有的薩格奈克-馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動 傳感器中也採用單模光纖，因此該種傳感器和雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器 類似一該種傳感器也存在傳感器中幹涉儀的相位緩變現象以及偏振誘導雙折射引入的 信號衰落問題。類似於雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器和薩格奈克_馬赫澤德幹涉 儀型光纖分布式振動傳感器，現有的幹涉儀型光纖分布式振動傳感器的傳感光路的距離都 較長(幾十公裡)，因此傳感光路中的傳感臂、參考臂和傳感光纖通常採用成本相對較低的 單模光纖，由於單模光纖在實際製作工藝過程中不能夠保證均勻性，以及在實際使用過程 中複雜的環境變化，因此現有的幹涉儀型光纖分布式振動傳感器存在幹涉儀的相位緩變現 象。另外，在長距離傳感時，隨機變化的外界因素導致的誘導雙折射以及光纖本身存在的本 徵雙折射會導致單模光纖中傳輸的光波的偏振態發生隨機變化，由此會導致傳感臂和參考 臂的光波的偏振態存在區別，從而使得幹涉信號的幅度發生隨機變化，嚴重影響了光纖分布式振動傳感器的實際可靠性。

發明內容
本發明實施例提供一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，用以解決現有的幹涉 儀型光纖分布式振動傳感器中由於採用單模光纖而使幹涉儀相位緩變，從而無法精確、可 靠地進行傳感定位的問題。此外，本發明實施例還解決了現有的幹涉儀型光纖分布式振動 傳感器中由於偏振誘導雙折射引入的信號衰落問題。本發明提供的一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，包括信號調製模塊，用於 對所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的光路信號進行相位調製；信號解調模塊，用 於對所述精確定位型光纖分布式振動傳感器輸出端的光路信號進行解調。上述精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源，所述信號調製模塊用於對所 述光源的光信號進行相位調製。上述精確定位型光纖分布式振動傳感器，還包括偏振控制器、傳感臂和參考臂； 所述偏振控制器用於控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號的偏振態，使所述 傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中同向 傳輸的兩束光信號的方位角的夾角為零。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對所述光源的 光信號進行相位調製，且該傳感器具有偏振控制器時，本發明提供的其中一種精確定位型 光纖分布式振動傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、傳感光 纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和 第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述信號調製模塊的輸出端與所述光源連接，所述光 源的輸出端與所述偏振控制器的輸入端連接；所述光源將經所述信號調製模塊相位調製後 的光信號輸入所述偏振控制器；所述偏振控制器的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂 連接；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合 器的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所 述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合器的第三、第四耦合臂分別通過所述傳 感臂、參考臂與所述第三耦合器的第一、第二耦合臂相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通 過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所 述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端 均與所述信號解調模塊的輸入端電連接。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對所述光源的 光信號進行相位調製，且該傳感器具有兩個偏振控制器時，本發明提供的其中一種精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、 傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦 合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述信號調製模塊的輸出端與所述光源連接， 所述光源將經所述信號調製模塊相位調製後的光輸入所述第一耦合器的第一耦合臂；所述 第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦 合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號 檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合器的第三、第四耦合臂分別通過一個所述偏振控制器與所述傳感臂、參考臂的一端連接；所述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第一耦合 臂相連；所述參考臂的另一端與所述第三耦合器的第二耦合臂相連；所述第三耦合器的第 三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相連；所述第四耦合器的第三 耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模 塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端電連接。本發明提供的精確定位型光纖分布式振動傳感器還可包括傳感臂；所述信號調製 模塊用於對經過所述傳感臂的光信號進行相位調製。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對經過所述傳 感臂的光信號進行相位調製時，該傳感器還可包括偏振控制器和參考臂；所述偏振控制 器用於控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號的偏振態，使所述傳感臂和參考 臂中同向傳輸的兩束光信號均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光 信號的方位角的夾角為零。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對經過所述傳 感臂的光信號進行相位調製，且該傳感器具有兩個偏振控制器時，本發明提供的其中一種 精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第 四耦合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合 器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合 器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相 連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器 的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合器的第三耦合臂與所 述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端與所述傳感臂的一端之間串聯 有一個所述偏振控制器，所述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述 第二耦合器的第四耦合臂通過一個所述偏振控制器與所述參考臂的一端連接，所述參考臂 的另一端與所述第三耦合器的第二耦合臂連接；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳 感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信 號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述 信號解調模塊的輸入端電連接。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對經過所述傳 感臂的光信號進行相位調製，且該傳感器具有兩個偏振控制器時，本發明提供的其中一種 精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第 四耦合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合 器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合 器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相 連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器 的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合器的第三耦合臂通過 一個所述偏振控制器與所述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端通過 所述傳感臂與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第四耦合臂通過一個 所述偏振控制器與所述參考臂的一端連接，所述參考臂的另一端與所述第三耦合器的第二 耦合臂相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第 一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端電連接。當所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號調製模塊用於對經過所述傳 感臂的光信號進行相位調製，且該傳感器具有偏振控制器時，本發明提供的其中一種精確 定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦 合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第 三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述光源的輸出端通過所述偏振控制器連 接至所述第一耦合器的第一耦合臂；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第 一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述 第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合器的第三 耦合臂與所述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端通過所述傳感臂連 接至所述第三耦合器的第一耦合臂；所述第二耦合器的第四耦合臂通過所述參考臂連接至 所述第三耦合器的第二耦合臂；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第 四耦合器的第二耦合臂相連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸 入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的 輸入端電連接。前面所述任一種精確定位型光纖分布式振動傳感器中的信號解調模塊包括第一 混頻器、第二混頻器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一微分電路、第二微分電路、第 一乘積器、第二乘積器、加法器、積分器和高通濾波器；所述第一混頻器的輸入端為所述信 號解調模塊的輸入端，所述第一混頻器的輸出端與所述第一低通濾波器的輸入端連接，所 述第一低通濾波器的輸出端與所述第一微分電路以及所述第二乘積器的一個輸入端連接； 所述第一微分電路的輸出端與所述第一乘積器的一個輸入端連接，所述第一乘積器的輸出 端與所述加法器的一個輸入端連接；所述第一混頻器用於使所述信號解調模塊的每個輸入 信號與第一混頻信號混頻；所述第二混頻器的輸入端與所述第一混頻器的輸入端相同，所 述第二混頻器的輸出端與所述第二低通濾波器的輸入端連接，所述第二低通濾波器的輸出 端與所述第二微分電路以及所述第一乘積器的另一個輸入端連接；所述第二微分電路的輸 出端與所述第二乘積器的另一個輸入端連接，所述第二乘積器的輸出端與所述加法器的另 一個輸入端連接；所述第二混頻器用於使所述信號解調模塊的每個輸入信號與第二混頻信 號混頻；所述加法器的輸出端與所述積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端與所述高 通濾波器的輸入端連接；所述高通濾波器的輸出端為所述信號解調模塊的輸出端；所述第 一混頻信號的頻率等於所述信號調製模塊中使用的調製信號頻率，所述第一混頻信號的幅 值為所述信號調製模塊中使用的調製信號幅值的第一預定倍數；所述第二混頻信號的頻率 等於所述信號調製模塊中所使用的調製信號頻率的二倍，所述第二混頻信號的幅值為所述 信號調製模塊中所使用的調製信號幅值的第二預定倍數。所述第一、第二信號檢測模塊均包括光電探測器、前置放大器、濾波器和數/模 轉換器；所述光電探測器的輸入端為其所對應的信號檢測模塊的輸入端；所述光電探測器 的輸出端與所述前置放大器的輸入端連接，所述前置放大器的輸出端與所述濾波器的輸入 端連接，所述濾波器的輸出端與所述數/模轉換器的輸入端連接；所述數/模轉換器的輸出 端與所述信號解調模塊的輸入端電連接。
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本發明實施例提供的精確定位型光纖分布式振動傳感器利用相位載波調製和解 調的原理，先對傳感器光源的信號光或對傳感器的傳感臂中的光波進行相位調製，最後將 信號檢測模塊輸出的信號解調後得到真實的振動信號，此方案解決了現有的傳感器中由於 幹涉儀長距離工作而容易產生的非互易性相位偏差問題，相對於現有的光纖分布式振動傳 感器，傳感器的可靠性和精確性高。此外，本發明實施例通過在上述傳感器中加入偏振控制器，以控制傳感臂和參考 臂中光波的偏振態一使傳感臂和參考臂中同向傳輸的光波均為線偏振光且兩束線偏振光 的方位角的夾角為零，從而使系統輸出幹涉信號的幅值始終處於最大值，進一步提供了一 種不僅能能夠避免傳感器長距離工作而產生的非互易性相位偏差，還能避免單模光纖的偏 振誘導雙折射所帶來的信號衰落情況的精確定位型光纖分布式振動傳感器，不僅可靠性和 精度高，且方案簡單、易於實施、附加成本低。


圖1為現有的雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器的光路原理圖；圖2為本發明實施例提供的第一種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖3為圖2所示信號檢測模塊的結構示意圖；圖4為圖2所示信號解調模塊212的原理圖；圖5為本發明實施例提供的第二種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖6為本發明實施例提供的第三種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖7為本發明實施例提供的第四種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖8為本發明實施例提供的第五種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖9為本發明實施例提供的第六種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖；圖10為本發明實施例提供的第七種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構示 意圖。
具體實施例方式由於現有技術的光纖分布式振動傳感器中的傳感光纖較長，通常採用成本相對較 低的單模光纖，因此存在傳感器中幹涉儀相位緩變現象以及偏振誘導雙折射引入的信號衰 落問題。本發明實施例使用相位載波調製解調技術對現有的雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分 布式振動傳感器進行改進，在其中通過設置信號調製模塊對光路信號進行相位調製，並在 該傳感器的幹涉信號輸出端設置信號解調模塊以對調製後的光路信號進行解調，從而消除 相位緩變對傳感定位的影響。此外，本發明實施例還可進一步採用偏振控制技術，在幹涉 儀的光路結構中加入偏振控制器，以控制各幹涉儀的傳感臂和參考臂中傳輸的光波的偏振態一使傳感臂和參考臂中傳輸的光波為線偏振光且兩束線偏振光的方位角的夾角為零， 從而使系統輸出幹涉信號的幅值始終處於最大值，以解決單模光纖的偏振誘導雙折射引入 的信號衰落問題。其中，所述信號調製模塊對傳感器的光源或對傳感器的傳感臂中的光波進行相位 調製，即信號調製模塊可設置於傳感器的光源端或與傳感器的傳感臂相串聯。下面結合各 個附圖對本發明實施例技術方案的主要實現原理具體實施方式
及其對應能夠達到的有益 效果進行詳細的闡述。圖2所示為本發明實施例提供的一種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結構 示意圖。如圖2中所示，該傳感器包括光源21、信號調製模塊22、第一耦合器23、第二耦 合器24、第三耦合器25、第四耦合器26、傳感臂27、參考臂28、傳感光纖29、第一信號檢測 模塊210、第二信號檢測模塊211以及信號解調模塊212。所述信號調製模塊22為現有的 任一款能對輸入信號或對其他信號源的信號進行相位調製的信號調製裝置，在圖2所示傳 感器中，信號調製模塊22的輸出端與光源21連接，信號調製模塊22用於對光源21的信號 光進行相位調製，調製方式為內調製。其中，第一耦合器23、第二耦合器24、第三耦合器25和第四耦合器26均具有至少 4個耦合臂。光源21輸出的已調製光直接輸入第一耦合器23的第一耦合臂，第一耦合器 23的第二耦合臂、第三耦合臂分別與第二耦合器24的第一耦合臂和第四耦合器26的第一 耦合臂相連。第二耦合器24的第二耦合臂與第二信號檢測模塊211的輸入端相連，第二耦 合器24的第三、第四耦合臂分別通過傳感臂27、參考臂28與第三耦合器25的第一、第二耦 合臂相連。第三耦合器25的第三耦合臂通過傳感光纖29與第四耦合器26的第二耦合臂 相連，第四耦合器26的第三耦合臂與第一信號檢測模塊210的輸入端相連。此外，第一耦 合器23和第二耦合器24、第四耦合器26緊密連接。第一信號檢測模塊210、第二信號檢測 模塊211的輸出端均與信號解調模塊212電連接。圖2所示傳感器的工作原理與圖1類似光源21發出的已調製光進入第一耦合器 23後被第一耦合器23分為第一光束和第二光束輸出，第一耦合器23的第二耦合臂和第三 耦合臂分別輸出第一光束和第二光束。所述第一光束經過第二耦合器24分兩束光後分別 注入傳感臂27和參考臂28，最後傳感臂27和參考臂28的輸出光在第三耦合器25處發生 幹涉得到第一幹涉光；所述第一幹涉光依次通過傳感光纖29和第四耦合器26後由第一信 號檢測模塊210接收，構成了第一個幹涉儀。所述第一耦合器23輸出的第二光束依次經過 第四耦合器26和傳感光纖29傳輸後注入第三耦合器25，隨後第三耦合器25將所述第二 光束分光後使其分別經傳感臂27和參考臂28傳輸後在第二耦合器24處發生幹涉得到第 二幹涉光，最後第二幹涉光由第二信號檢測模塊211接收，構成了第二個幹涉儀。如圖2所 示當有振動信號Cp(t)施加在傳感臂27上距離第二耦合器24為x的位置處時，信號解調模 塊212解調出第一信號檢測模塊210在時刻、探測到的信號cp(tl)和第二信號檢測模塊211 在時刻t2探測到的信號(p(t2)，並確定出時間差At =、-t2，即可根據下式計算出振動信號 的作用位置x x=1/2(La+Lc-c△t/n)(3) 其中，La為傳感臂27的長度，Lc為傳感光纖29的長度，n為傳感臂27和傳感光纖29的纖芯的有效折射率，c為真空中的光速。圖2所示傳感器與圖1所示傳感器的不同點在於圖2所示傳感器中利用相位載 波調製解調的原理，在傳感器的光源21端加入信號調製模塊22，先對光源21的光進行相位 調製後再使其輸入到第一耦合器23中，最後在各信號檢測模塊的輸出端，通過信號解調的 方法，將真實的振動信號相位cp(t)還原，從而消除由於幹涉儀長距離工作而引起的非互易 性相位偏差。以下詳細說明圖2所示傳感器如何通過信號調製與解調避免幹涉儀長距離工 作而引起的非互易性相位偏差的原理。—般情況下，雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器中各幹涉儀輸出的電壓 信號可表示為
(4)其中，cpo為幹涉儀的初始相位，Acp=<n+9，9n、9分別為噪聲和振動信號。理論上，
<po應為固定值，但是現有的雙馬赫澤德幹涉型光纖分布式振動傳感器中，長傳感距離的非 互易性導致了兩個幹涉儀的輸出信號的<Po的不同，從而導致該傳感器無法準確確定自身的 兩個幹涉儀接收到振動信號的時間差，造成了定位偏差甚至定位失效。圖2所示傳感器中， 設信號調製模塊22對光源21的調製信號為mcosc^t，設光源21的信號光經調製後產生的 調製相位為禮=CcosfiV，C表示相位調製的幅度。則圖2所示傳感器中的各幹涉儀輸出的
電壓信號為
( 5 )信號解調模塊212的作用實質上就是將
)中
提取出來，並濾除9n，從而獲取真實振動信號首先，第一、第二信號檢測模塊的結構如圖3所示，即第一、第二信號檢測模塊均 包括光電探測器31、前置放大器32、濾波器33和模/數轉換器34。以第一信號檢測模塊 210為例第四耦合器26輸出的第一幹涉光信號先由光電探測器31接收後將其轉換為電 信號，然後該電信號依次經前置放大器32、濾波器33和模/數轉換器34後輸出為待解調數 字信號，以供後續解調處理。第二信號檢測模塊211和第一信號檢測模塊210的信號處理過 程相同，此處不再多述。顯然，所述光電探測器31的類型可根據實際需要選用。此外，其中 前置放大器32和濾波器33的作用主要是為了消除光電探測器31輸出的電信號中的噪聲 和其他幹擾，模/數轉換器34用於將輸入的模擬信號轉換為數位訊號輸出，因此，在不影響 本發明目的實現的情況下，不管光電探測器31、前置放大器32、濾波器33和模/數轉換器 34等各部件具體設計的差異如何，只要與本發明實施例中具有相同功能的部件均應被視為 與本發明相同的技術方案，屬於本發明請求保護的技術範圍之內。以下為方便說明，以圖2所示傳感器中的第一幹涉儀為例進行說明該傳感器中信 號解調模塊212的解調原理。圖4所示為信號解調模塊212的原理圖。如圖4中所示，信號解調模塊212包括 第一混頻器41、第二混頻器42、第一低通濾波器43、第二低通濾波器44、第一微分電路45、 第二微分電路46、第一乘積器47、第二乘積器48、加法器49、積分器410和高通濾波器411。令釣識，則由式(5)可知第一信號檢測模塊210輸出的電壓信號為V = A (1+mcos co 0t) +B (1+mcos co 0t) cos (小 t+Ccos co 0t) (6)= A+Bcos (小 t+Ccos co 0t) +mBcos co Otcos (小 t+Ccos co 0t) +Amcos co 0t上式中的mBcos w Otcos (t+Ccos w 0t) +Amcos w 0t項經過信號解調模塊212中的 混頻和低通濾波後將消去，不用考慮，以下也不再討論，因此，只需考慮式(6)中前兩項的 解調結果。將式(6)所示的第一信號檢測模塊210輸出的電壓信號V(待解調數位訊號) 使用Bessel函數展開為
(7)在信號解調模塊212中，第一信號檢測模塊210輸出的電壓信號V被分為上下兩 路分別輸入第一混頻器41和第二混頻器42，上一路電壓信號V在第一混頻器41中和第一 混頻信號Gcoso^t經過混頻相乘後依次經過第一低通濾波器43和第一微分電路45後得
到 下一路電壓信號V在第二混頻器42中和第二混頻信號Hcos2 Qt經過混頻相乘 後依次經過第二低通濾波器44和第二微分電路46後得到 其中，G、H為根據需要預定的混頻信號幅值。第一微分電路45輸出的信號；^和第 二低通濾波器44輸出的信號在第一乘積器47內相乘後輸入加法器49，第二微分電路46輸 出的信號；V和第一低通濾波器43輸出的信號在第二乘積器48內相乘後也輸入加法器49
與上一路輸入加法器49的信號求和，加法器49的輸出信號再經積分器410積分後得到 根據前述內容可知』由於為直流量，噪聲9n為緩慢變化的量，最
後積分器410的輸出信號(即式(9)所示信號)經高通濾波器411高通濾波後得到 至此，振動信號識可以被完整的解調出來。圖2所示傳感器對光源21進行相位內調製，信號調製模塊22加在光源一端，不僅 有效的解決由於相位緩變而帶來的定位漂移問題，而且實現了傳感光路的無源化。值得說 明的是如圖5所示，若將圖2中的信號調製模塊22設置於傳感臂27上，即去掉圖2中加載在光源21上的信號調製模塊22，並在第二耦合器24的第三耦合臂和傳感臂27之間串聯 一個具有相位調製功能的信號調製模塊22，也能實現對傳感器中光路信號的相位調製。圖 5與圖2的區別僅在於圖5中的信號調製模塊22用於對傳感臂27中的光波進行相位調 制。事實上圖5所示傳感器的技術效果與圖2所示裝置的技術效果完全相同，應視為與圖 2等同的方案。由於圖5所示傳感器的相位調製和解調原理與上述圖2的相位調製和解調 原理相同，此處不再贅述。綜上所述，本發明實施例提供的精確定位型光纖分布式振動傳感器利用相位載波 調製和解調的原理，先對傳感器光源的信號光或對傳感臂中的光波進行相位調製，最後將 信號檢測模塊輸出的信號解調後得到真實的振動信號，此方案避免了由於傳感器中幹涉儀 長距離工作而容易產生的非互易性相位偏差，相對於現有的光纖分布式振動傳感器，傳感 器的可靠性和精確性得到很大提升。在上述實施例的基礎上，本發明實施例還提供了一種不僅能能夠避免傳感器長距 離工作而產生的非互易性相位偏差，還能避免單模光纖的偏振誘導雙折射所帶來的信號衰 落情況的精確定位型光纖分布式振動傳感器，該傳感器採用偏振控制器使同一幹涉儀中傳 感臂和參考臂中傳輸的光波均為線偏振光，並使傳感臂和參考臂中兩光束的方位角的夾角 確保為零，從而使系統輸出幹涉信號的幅值始終處於最大值以解決單模光纖的偏振誘導雙 折射引入的信號衰落問題。其中，所述偏振控制器可設置於該傳感器的光源輸出端和第一 耦合器的第一耦合臂之間，或設置於該傳感器的傳感臂和參考臂上，以下進行詳細說明。圖6所示為本發明實施例提供的第三種精確定位型光纖分布式振動傳感器的結 構示意圖。包括光源21、信號調製模塊22、偏振控制器61、第一耦合器23、第二耦合器24、 第三耦合器25、第四耦合器26、傳感臂27、參考臂28、傳感光纖29、第一信號檢測模塊210、 第二信號檢測模塊211以及信號解調模塊212。其中，與圖2具有相同附圖標記的各部件的 連接關係以及功能和圖2中的相同模塊相同，此處不再贅述。圖6與圖2的唯一的區別在 於在光源21的輸出端和第一耦合器23的第一耦合臂之間設置了偏振控制器61，偏振控 制器61可以採用現有的任何類型的偏振控制器，如手動偏振控制器和電動偏振控制儀等， 用於調節輸入第一耦合器23的已調製光源光的偏振狀態，以使傳感臂27和參考臂28中的 兩束光均為線偏振光且兩束光的夾角為零，從而使該傳感器的第一、第二幹涉儀輸出的幹 涉光信號幅值均為最大值，從而消除長距離傳感時單模光纖中偏振態的隨機變化對輸出信 號幅值的影響。以下詳細說明偏振控制器61在圖6所示傳感器中的工作原理。通常，傳感器所採用的光源21為窄帶光源，其輸出光波可以認為是全偏振光(實 際光源發出的光波偏振度接近100% )，不失一般性，以下將光源21發出的光波視為任意橢 圓偏振光，為方便說明，以下以圖6所示傳感器的第一個幹涉儀中的光波的傳輸為例進行 分析說明，顯然，可以採用同樣的方法分析第二個幹涉儀中的光波的數學表達。設圖6所示傳感器的第一幹涉儀的傳感臂27和參考臂28中正向(由第二耦合器 24向第三耦合器25方向)傳輸的光波的電場矢量分別為艮和艮，其方位角分別為0S、0,， 橢率角分別為、和、，則Es和艮的瓊斯矢量分別為 當第一幹涉儀的傳感臂27和參考臂28中正向傳輸的光波在第三耦合器25中發 生幹涉時，第一幹涉光信號的幹涉光強度可表示為 幹涉光中的幹涉項為2EsEr ^Ja2+b2 cos{S-^)(14)其中，5為振動信號瀏o在第一信號檢測模塊210接收到的第一幹涉光信號中 所引起的相位差，I是附加相位差，a = cos(0s-0r)cos(es-er),b = sin(0s-0r) sin( e s+ e r) 因此，當傳感臂27受到微振動時，第一信號檢測模塊210接收到的第一 幹涉光信號強度為= Ai+BiCost 8 (t^-^ J (15)採用同樣的方法分析第二個幹涉儀，可得到此時第二信號檢測模塊211接收到的 第二幹涉光信號強度為式(15)和(16)中，A」A2分別為第 光信號的直流偏置量；Bp B2分別為第一、第二信號檢測模塊接收到的第一、第二幹涉光fi 號的幹涉項幅值；S (tl)為第一信號檢測模塊210在、時刻接收到的的第一幹涉光信號中 振動引起的相位，6 (t2)為第二信號檢測模塊211在、時刻接收到的第二幹涉光信號中振 動引起的相位，式(3)中的At可通過此處的、、t2確定At = trt2。從(14)、(15)、(16)三式可以看出光波偏振態的變化會引起幹涉光的幹涉項幅 值的變化，同時會引起附加相位差I的變化，當傳感臂27和參考臂28中同向傳輸的光均 為線偏振態時，幹涉儀輸出光的幹涉項的幅值由傳感臂27和參考臂28中兩光束的方位角 的夾角決定，因此，在第一耦合器23的輸入端加入偏振控制器61，將傳感臂27和參考臂28 中兩光束的方位角的夾角調整為0時，該傳感器中的幹涉儀的輸出幹涉光信號可獲得最大 幅值，顯然，通過此方案可消除單模光纖長距離傳輸過程中光波偏振態隨機變化對輸出信 號幅值的影響，使傳感器實現精確定位。比較圖2和圖6可知偏振控制器61可在保留原圖2大部分光路結構尤其是傳感 光纖一側結構的基礎上添加，以消除圖2所示傳感器中的偏振衰落現象，實施方式簡單。此 外，由於圖6中的偏振控制器61施加在傳感器中幹涉儀的光輸入端，因此圖6所示傳感器 在解決現有雙幹涉儀型分布式振動傳感器幹涉儀最終輸出的電信號幅值變化為0時傳感 器失效的問題的同時，保持了對兩個幹涉儀輸出信號處理的一致性，不影響傳感器的有效 定位。此外，圖6所示傳感器中，偏振控制和相位調製是在幹涉儀的光路輸入端進行處理， 因此該傳感器適合於傳感光纖為任何長度的情況。值得說明的是圖6中所示的偏振控制器61還可以設置於傳感臂27和參考臂28上，具體如圖7所示將圖6所示的第一耦合器23輸入端的偏振控制器61取消，並在傳感 臂27、參考臂28與第二耦合器24的連接端分別設置一個偏振控制器61，即在第二耦合器 24的第三耦合臂和傳感臂27之間串聯一個偏振控制器61，同時在第二耦合器24的第四耦 合臂和參考臂28之間串聯一個偏振控制器61，這兩個偏振控制器61分別用於控制傳感臂 27和參考臂28內傳輸的光波的偏振態，以使傳感臂27和參考臂28中傳輸的兩同向光束的 方位角的夾角為0。顯然，圖7所示傳感器與圖6所示傳感器的工作原理完全相同，此處不 再贅述。類似地，由於圖5所示傳感器與圖2所示傳感器具有相同的技術效果，因此也可在 圖5所示傳感器中傳感臂27和參考臂28上設置偏振控制器，也能夠獲得與圖6和圖7等 同的技術效果，具體如圖8或圖9所示。圖8所示傳感器在圖5所示傳感器的信號調製模 塊22和傳感臂27之間串聯一個偏振控制器61，同時在第二耦合器24的第四耦合臂輸出端 和參考臂28之間串聯一個偏振控制器61。圖9所示傳感器在圖5所示傳感器的第二耦合 器24的第三耦合臂輸出端和信號調製模塊22之間串聯一個偏振控制器61，同時在第二耦 合器24的第四耦合臂輸出端和參考臂28之間串聯一個偏振控制器61。對於圖8/圖9中 的幹涉儀而言，與傳感臂27串聯的信號調製模塊22用於對經過傳感臂27的光波進行相位 調製，以避免幹涉儀長距離工作而產生的非互易性相位偏差。圖8/圖9中，與傳感臂27串 聯的偏振控制器61用於對經過傳感臂27的光波的偏振態進行控制，同時與參考臂28串聯 的偏振控制器用於對經過參考臂28的光波的偏振態進行控制，使傳感臂27和參考臂28中 同向傳輸的光波均為線偏振光且使傳感臂27和參考臂28中的兩個同向傳輸線偏振光的方 位角的夾角為零。顯然，圖8、圖9所示傳感器與圖6和圖7所示傳感器的工作原理相同，所 達到的技術效果也完全相同，此處也不再贅述。類似地，由於圖5所示傳感器與圖2所示傳感器具有相同的技術效果，因此還可在 圖5所示傳感器的光源端添加偏振控制器61，具體如圖10所示，同樣能獲得與圖8和圖9 等同的技術效果。如圖10中所示在光源21的輸出端和第一耦合器23的第一耦合臂之間 設置偏振控制器61，該傳感器不僅具有圖5所示傳感器的優點，通過偏振控制器61控制傳 感臂27和參考臂28中同向傳輸光波的偏振態，使這兩個同向傳輸光波均為線偏振光且方 位角的夾角為零，該傳感器還可以消除單模光纖長距離傳輸過程中光波偏振態隨機變化對 輸出信號幅值的影響。事實上，由於具體實施時，本發明實施例所提供的傳感器中的傳感臂和參考臂常 常包裹在同一根光纜內，因此圖7、圖8和圖9中所示的傳感臂27和參考臂28上的兩個偏 振控制器61在具體實施時可以採用同一個偏振控制器，即使圖7、圖8和圖9中傳感臂27 和參考臂28所在支路的光傳輸時都通過同一個偏振控制器即可。綜上所述，本發明實施例所提供得傳感器僅在現有雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布 式振動傳感器的基礎上增加了相位調製及解調器等常用光電器件，能夠消除由於採用單模 光纖而帶來的幹涉儀相位緩變現象。此外，本發明實施例還通過對上述傳感器添加偏振控 制器件以解決現有的幹涉儀型光纖分布式振動傳感器中由於偏振誘導雙折射引入的信號 衰落問題。這些傳感器不僅可靠性強、定位精度高，而且器件附加成本低，技術方案簡單且 易於實施。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，包括信號調製模塊，用於對所述精確定位型光纖分布式振動傳感器中的光路信號進行相位調製；信號解調模塊，用於對所述精確定位型光纖分布式振動傳感器輸出端的光路信號進行解調。
2.如權利要求1所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括光源，所述信號調製模塊用於對所述光源的光信號進行 相位調製。
3.如權利要求2所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括偏振控制器、傳感臂和參考臂；所述偏振控制器用於控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號的偏振態，使 所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中 同向傳輸的兩束光信號的方位角的夾角為零。
4.如權利要求3所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、傳 感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂； 所述信號調製模塊的輸出端與所述光源連接，所述光源的輸出端與所述偏振控制器的 輸入端連接；所述光源將經所述信號調製模塊相位調製後的光信號輸入所述偏振控制器； 所述偏振控制器的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接； 所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三、第四耦合臂分別通過所述傳感臂、參考臂與所述第三耦合器的第一、第二耦合臂 相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端 電連接。
5.如權利要求3所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述偏振控 制器為兩個，所述精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第 三耦合器、第四耦合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂； 所述信號調製模塊的輸出端與所述光源連接，所述光源將經所述信號調製模塊相位調 制後的光輸入所述第一耦合器的第一耦合臂；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三、第四耦合臂分別通過一個所述偏振控制器與所述傳感臂、參考臂的一端連接；所述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述參考臂的另一端與所述第三 耦合器的第二耦合臂相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端 電連接。
6.如權利要求1所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括傳感臂；所述信號調製模塊用於對經過所述傳感臂的光 信號進行相位調製。
7.如權利要求6所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括偏振控制器和參考臂；所述偏振控制器用於控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號的偏振態，使 所述傳感臂和參考臂中同向傳輸的兩束光信號均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中 同向傳輸的兩束光信號的方位角的夾角為零。
8.如權利要求7所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述偏振控 制器為兩個，所述精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合 器、第三耦合器、第四耦合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合 臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器 的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂與所述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端與所述傳 感臂的一端之間串聯有一個所述偏振控制器，所述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第 一耦合臂相連；所述第二耦合器的第四耦合臂通過一個所述偏振控制器與所述參考臂的一 端連接，所述參考臂的另一端與所述第三耦合器的第二耦合臂連接；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端 電連接。
9.如權利要求7所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述偏振控 制器為兩個，所述精確定位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合 器、第三耦合器、第四耦合器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合 臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器 的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂通過一個所述偏振控制器與所述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端通過所述傳感臂與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的 第四耦合臂通過一個所述偏振控制器與所述參考臂的一端連接，所述參考臂的另一端與所 述第三耦合器的第二耦合臂相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端 電連接。
10.如權利要求7所述的精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述精確定 位型光纖分布式振動傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合 器、傳感光纖、第一信號檢測模塊和第二信號檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個耦合臂； 所述光源的輸出端通過所述偏振控制器連接至所述第一耦合器的第一耦合臂； 所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂與所述信號調製模塊的輸入端連接，所述信號調製模塊的輸出端通過所述 傳感臂連接至所述第三耦合器的第一耦合臂；所述第二耦合器的第四耦合臂通過所述參考 臂連接至所述第三耦合器的第二耦合臂；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊的輸出端均與所述信號解調模塊的輸入端 電連接。
11.如權利要求1至10中任一項所述的一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，其 特徵在於，所述信號解調模塊包括第一混頻器、第二混頻器、第一低通濾波器、第二低通濾 波器、第一微分電路、第二微分電路、第一乘積器、第二乘積器、加法器、積分器和高通濾波 器；所述第一混頻器的輸入端為所述信號解調模塊的輸入端，所述第一混頻器的輸出端與 所述第一低通濾波器的輸入端連接，所述第一低通濾波器的輸出端與所述第一微分電路以 及所述第二乘積器的一個輸入端連接；所述第一微分電路的輸出端與所述第一乘積器的一 個輸入端連接，所述第一乘積器的輸出端與所述加法器的一個輸入端連接；所述第一混頻 器用於使所述信號解調模塊的每個輸入信號與第一混頻信號混頻；所述第二混頻器的輸入端與所述第一混頻器的輸入端相同，所述第二混頻器的輸出端 與所述第二低通濾波器的輸入端連接，所述第二低通濾波器的輸出端與所述第二微分電路 以及所述第一乘積器的另一個輸入端連接；所述第二微分電路的輸出端與所述第二乘積器 的另一個輸入端連接，所述第二乘積器的輸出端與所述加法器的另一個輸入端連接；所述 第二混頻器用於使所述信號解調模塊的每個輸入信號與第二混頻信號混頻；所述加法器的輸出端與所述積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端與所述高通濾 波器的輸入端連接；所述高通濾波器的輸出端為所述信號解調模塊的輸出端；所述第一混頻信號的頻率等於所述信號調製模塊中使用的調製信號頻率，所述第一混頻信號的幅值為所述信號調製模塊中使用的調製信號幅值的第一預定倍數；所述第二混頻信號的頻率等於所述信號調製模塊中所使用的調製信號頻率的二倍，所 述第二混頻信號的幅值為所述信號調製模塊中所使用的調製信號幅值的第二預定倍數。
12.如權利要求11所述的一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，其特徵在於，所述 第一、第二信號檢測模塊均包括光電探測器、前置放大器、濾波器和數/模轉換器；所述光電探測器的輸入端為其所對應的信號檢測模塊的輸入端；所述光電探測器的輸 出端與所述前置放大器的輸入端連接，所述前置放大器的輸出端與所述濾波器的輸入端連 接，所述濾波器的輸出端與所述數/模轉換器的輸入端連接；所述數/模轉換器的輸出端與 所述信號解調模塊的輸入端電連接。
全文摘要
本發明公開了一種精確定位型光纖分布式振動傳感器，該傳感器在現有的雙馬赫澤德幹涉儀型光纖分布式振動傳感器中添加信號調製模塊以對傳感器中的光路信號進行相位調製；同時，本發明提供的傳感器輸出端還設置有一個信號解調模塊，用於該傳感器最終輸出的幹涉信號進行解調以獲取真實振動信號。本發明提供的這種傳感器能夠有效解決現有的幹涉儀型光纖分布式振動傳感器由於幹涉儀長距離工作而帶來的非互易性相位偏差問題，可靠性和精確性高，成本低且易於實現。
文檔編號G01H9/00GK101852645SQ20101020896
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者林明霞 申請人:北京奧普科達科技有限公司