光纤声波探测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种光纤声波探测系统，属于光纤传感技术领域。所述系统包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与第二分布式传感装置分别和功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与第二分布式传感装置分别和第三分布式传感装置连接。相对于现有技术，采用第一分布式传感装置中后向瑞利散射信号和第二分布式传感装置中后向弱光纤光栅反射信号互相结合的方案，极大提高了探测系统的信号对比度和灵敏度，通过第三分布式传感装置显著拓宽了探测系统的探测带宽。

Optical fiber acoustic wave detecting system

The utility model provides an optical fiber acoustic wave detecting system, which belongs to the field of optical fiber sensing technology. The system comprises a power output device, based on backward first distributed sensing device, based on the principle of Rayleigh scattering to second distributed sensing device and the third device weak distributed sensing fiber grating reflection principle, the first distributed sensing device and the second device are respectively distributed sensing and power output device connected to the first device and distributed sensing second and third respectively distributed sensing device of distributed sensing device is connected with. Compared with the prior art, the first distributed sensing device after the reflection signal to the Rayleigh scattering signal and second distributed sensing device to weak grating combination scheme, which greatly improves the detection system of the signal contrast and sensitivity by third distributed sensing device significantly broaden the bandwidth of detection detection system.

【技术实现步骤摘要】
光纤声波探测系统
本技术涉及光纤传感
，具体而言，涉及一种光纤声波探测系统。
技术介绍
光纤分布式声波检测技术是目前最前沿的光纤声场还原技术，它把被测声波作为光纤长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的声波信息进行连续的测量，为工业和研究领域提供了同时获得被测物理参量的空间分布状态和随时间变化信息的手段，在智能飞行器、智能桥梁、高速公路、重要建筑、煤气管道监测以及光缆监测等领域获得了广泛的应用。目前光纤分布式声波传感技术包括光纤光栅准分布式传感技术和光时域反射技术。光纤光栅准分布式传感技术利用光纤光栅的反射作用实现对声波的分布式监测，并且主要是利用光纤光栅的波长变化信息，但传统的串接式光纤光栅的容量和复用率低。光时域反射技术主要是利用光纤在声波扰动作用下产生的瑞利、布里渊等效应进行测量，但散射后的信号能量很弱，使得检测距离、空间分辨率等技术指标较低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光纤声波探测系统，以有效改善上述问题。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：第一方面，本技术实施例提供了一种光纤声波探测系统，其包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出。在本技术较佳的实施例中，所述功率输出装置包括激光器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器和第一耦合器，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器输出的光信号依次经过所述声光调制器和所述第一光放大器，通过所述第一耦合器分别输出至所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置。在本技术较佳的实施例中，所述第一分布式传感装置包括第一探测光纤、第一环形器、第二光放大器和第一光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一环形器进入所述第一探测光纤并部分返回形成所述后向瑞利散射信号、部分通过形成所述第一正向脉冲信号，所述后向瑞利散射信号依次经过所述第一环形器和所述第二光放大器，被所述第一光电探测器接收并输出，所述第一正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。在本技术较佳的实施例中，所述第二分布式传感装置包括第二探测光纤、第二环形器、第二光滤波器和第二光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二环形器进入所述第二探测光纤并部分返回形成所述后向弱光纤光栅反射信号、部分通过形成所述第二正向脉冲信号，所述后向弱光纤光栅反射信号依次经过所述第二环形器和所述第二光滤波器，被所述第二光电探测器接收并输出，所述第二正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。在本技术较佳的实施例中，所述第三分布式传感装置包括第二耦合器、第三光滤波器、第三环形器、光纤干涉装置和光电探测装置，所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置分别和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式传感装置输出的所述第一正向脉冲信号和由所述第二分布式传感装置输出的所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器依次经过所述第二光滤波器、所述第三环形器，进入所述光纤干涉装置部分返回形成所述第三探测信号，所述第三探测信号被所述光电探测装置接收并输出。在本技术较佳的实施例中，所述光纤干涉装置包括3×3耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜，所述光电探测装置包括第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述3×3耦合器，部分由所述3×3耦合器输出经所述第一法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，部分由所述3×3耦合器输出经所述第二法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，在所述3×3耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述3×3耦合器输出，部分经过所述第三环形器被所述第三光电探测器接收并输出，部分被所述第四光电探测器接收并输出，部分被所述第五光电探测器接收并输出。在本技术较佳的实施例中，所述光纤干涉装置包括2×2耦合器、第三法拉第旋转镜、第四法拉第旋转镜和相位调制器，所述光电探测装置包括第六光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述2×2耦合器，部分由所述2×2耦合器输出经所述第三法拉第旋转镜反射回到所述2×2耦合器内，部分由所述2×2耦合器输出经所述相位调制器被所述第四法拉第旋转镜反射，再经所述相位调制器回到所述2×2耦合器内，在所述2×2耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述2×2耦合器输出，被所述第六光电探测器接收并输出。在本技术较佳的实施例中，所述第一探测光纤为单模光纤。在本技术较佳的实施例中，所述第二探测光纤为包含至少一个弱光纤光栅的单模光纤。第二方面，本技术实施例还提供了一种光纤声波探测系统，其包括功率输出装置、第一分布式传感装置、第二分布式传感装置、第三分布式传感装置和光纤信号解调系统，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，所述第一分布式传感装置、所述第二分布式传感装置和所述第三分布式传感装置分别和所述光纤信号解调系统连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统。本技术实施例提供的光纤声波探测系统，通过第一分布式传感装置获取携带被测空间内声波位置信息的后向瑞利散射信号即后向瑞利散射信号，通过第二分布式传感装置获取携带被测空间内特定位置的光强信息和声波相位信息的后向弱光栅反射信号即后向弱光纤光栅反射信号，再将光纤信号解调系统获取的后向瑞利散射信号和后向弱光纤光栅反射信号采用归一化解调的方案，极大的提高了整个光纤声波探测系统的信号对比度和灵敏度。同时通过第三分布式传感装置，将从第一分布式传感装置出射的第一正向脉冲信号和从第二分布式传感装置出射的第二正向脉冲信号采用被动相位解调方案，显著拓宽了系统的探测带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤声波探测系统，其特征在于，包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出。

【技术特征摘要】
1.一种光纤声波探测系统，其特征在于，包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出。2.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述功率输出装置包括激光器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器和第一耦合器，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器输出的光信号依次经过所述声光调制器和所述第一光放大器，通过所述第一耦合器分别输出至所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置。3.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第一分布式传感装置包括第一探测光纤、第一环形器、第二光放大器和第一光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一环形器进入所述第一探测光纤并部分返回形成所述后向瑞利散射信号、部分通过形成所述第一正向脉冲信号，所述后向瑞利散射信号依次经过所述第一环形器和所述第二光放大器，被所述第一光电探测器接收并输出，所述第一正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。4.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第二分布式传感装置包括第二探测光纤、第二环形器、第二光滤波器和第二光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二环形器进入所述第二探测光纤并部分返回形成所述后向弱光纤光栅反射信号、部分通过形成所述第二正向脉冲信号，所述后向弱光纤光栅反射信号依次经过所述第二环形器和所述第二光滤波器，被所述第二光电探测器接收并输出，所述第二正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。5.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第三分布式传感装置包括第二耦合器、第三光滤波器、第三环形器、光纤干涉装置和光电探测装置，所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置分别和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式传感装置输出的所述第一正向脉冲信号和由所述第二分布式传感装置输出的所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器依次经过所述第三光滤波器、所述第三环形器，进入所述光纤干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，尚盈，刘小会，赵文安，马龙，李常，曹冰，倪家升，王昌，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37