一種分布式光纖振動傳感系統的製作方法

2023-04-24 21:15:04

本發明涉及光纖傳感領域，尤其涉及分布式光纖振動定位傳感領域。

背景技術：

光纖具有抗電磁幹擾性強，環境適應性強，耐水耐腐蝕等優異的性能。因此，光纖傳感可以用來測量很多物理量，比如振動、壓力、應變、溫度等。近些年來，分布式光纖振動定位傳感系統被廣泛應用於國防、民用和商用機密等安全防範領域。

基於相位敏感的光時域反射技術的光纖振動定位傳感系統具有定位精度高、定位簡單、探測距離長等優點，但是該系統輸出的有用信號功率較低，對光學器件要求很高，而且其原理限制了系統對振動的頻率響應。基於M-Z幹涉、Michelson幹涉等傳統光幹涉的分布式光纖振動定位傳感系統則很難實現兩路幹涉信號的零光程差，對光源的相干性要求較高。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術中的缺陷，提供一種分布式光纖振動傳感系統，不僅緩解了系統對光學器件要求較高的不足，而且系統輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，並且具有很寬的頻率響應，可以探測定位光纖上任一點的振動。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：一種分布式光纖振動傳感系統，包括第一雷射器，所述的第一雷射器的輸出端連接第一環行器，其特徵在於：所述的第一環行器連接第一耦合器，所述的第一耦合器連接第一光纖布拉格光柵，所述的第一光纖布拉格光柵連接傳感光纖，所述的傳感光纖與第二光纖布拉格光柵連接，所述的第二光纖布拉格光柵與第二耦合器連接，所述的第二耦合器與第二環行器連接，所述的第二環行器與第二雷射器連接，所述的第一環行器和所述的第二環行器的輸出端均與數據採集模塊連接，所述的數據採集模塊與數據處理模塊連接。

所述的第一雷射器發出中心波長為1550nm的雷射，所述的第二雷射器發出中心波長為1310nm的雷射。

所述的第一光纖布拉格光柵的反射中心波長為1310nm，所述的第二光纖布拉格光柵的反射中心波長為1550nm。

所述的第一耦合器和所述的第二耦合器為3dB的耦合器。

本發明採取上述結構測量振動，可以實現對傳感光纖附近振動的精準定位，並且具有寬頻率響應、探測簡單等優點。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

圖1為本發明的的結構示意圖。

圖中的附圖標記分別為：1、第一雷射器；2、第一環行器；3、第一耦合器；4、第一光纖布拉格光柵；5、傳感光纖；6、第二光纖布拉格光柵；7、第二耦合器；8、第二環行器；9、第二雷射器；10、數據採集模塊；11、數據處理模塊。

具體實施方式

如圖1所示，分布式光纖振動傳感系統包括：第一雷射器1、第一環行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5、第二光纖布拉格光柵6、第二耦合器7、第二環行器8、第二雷射器9、數據採集模塊10和數據處理模塊11。第一雷射器1與第一環行器2連接，第一環行器2與第一耦合器3連接，第一耦合器3與第一光纖布拉格光柵4連接，第一光纖布拉格光柵4與傳感光纖5連接，傳感光纖5與第二光纖布拉格光柵6連接，第二光纖布拉格光柵6與第二耦合器7連接，第二耦合器7與第二環行器8連接，第二環行器8與第二雷射器連接9，數據採集模塊10分別採集第一環行器2與第二環行器8處產生的幹涉信號並將其轉換為數位訊號，數據採集模塊10與數據處理模塊11連接。

第一雷射器1發出的雷射中心波長為1550nm，第二雷射器9發出的雷射中心波長為1310nm。第一光纖布拉格光柵4的反射中心波長為1310nm，第二光纖布拉格光柵6的反射中心波長為1550nm。第一耦合器3和第二耦合器7均為3dB耦合器。第一雷射器1發出的雷射經第一環行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5後傳遞到第二光纖布拉格光柵6，並在第二光纖布拉格光柵6反射後，在第一環行器2處產生幹涉；同理，第二雷射器9發出的雷射經第二環行器8、第二耦合器7、第二光纖布拉格光柵6、傳感光纖5後傳遞到第一光纖布拉格光柵4，並在第一光纖布拉格光柵4反射後，在第二環行器8處產生幹涉。當擾動作用於傳感光纖5時，由於光彈效應，擾動會對光纖產生相位調製，而調製信息到達第一環行器2和第二環行器8存在時間差，利用此時間差即可進一步計算出擾動在傳感光纖附近的位置。數據採集模塊10採集第一環行器2和第二環行器8輸出的幹涉信號，並將其轉換為數位訊號，然後計算這兩組幹涉信號的互相關係數，得出互相關係數最大對應的採樣點數差，進而根據數據採集模塊的採樣頻率計算出時間差，實現對振動的定位。

上述分布式光纖定位傳感系統的振動傳感方法包括如下具體步驟：

步驟1、開啟第一雷射器和第二雷射器，數據採集模塊採集第一環行器和第二環行器輸出的幹涉信號，並將其轉換為數位訊號，分別記為d1(m)和d2(m)，其中m表示採樣點數，兩路數位訊號輸送給數據處理模塊；

步驟2、數據處理模塊計算步驟1中接收到的兩路幹涉數位訊號的互相關係數，得dcorr(Δm)＝corrcoef(d1(m+Δm),d2(m))，其中corrceof(*,*)表示互相關係數運算，Δm＝-m,-m+1,-m+2,...,m；

步驟3、找出互相關係數dcorr(Δm)最大時對應的Δm，進而計算出時間差Δt＝Δm/v；

步驟4、根據步驟3中的Δt，即可計算出擾動與第一光纖布拉格光柵的距離為

步驟3中v為數據採集模塊的採樣頻率；

步驟4中L為傳感光纖的總長度，n為傳感光纖纖芯折射率，c為真空中光速。

本實用新型的一種分布式光纖振動定位傳感系統，不僅緩解了系統對光學器件要求較高的不足，而且系統輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，並且具有很寬的頻率響應，可以探測定位光纖上任一點的振動。

上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本實用新型的保護範圍之內。