基于φ-OTDR的振动传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于φ‑OTDR的振动传感装置，包括计算机、超窄线宽激光器、波形发生器、声光调制器、AOM驱动器、掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、第一耦合器、第二耦合器、平衡探测器和采集卡。该实用新型专利技术在确保测量精度的同时，对元器件的要求少,灵敏度高且成本低，可用于高定位精度的分布式光纤传感器。

【技术实现步骤摘要】
基于φ-OTDR的振动传感装置
本技术涉及分布式光纤传感
，具体的说就是基于φ-OTDR的测量振动信号的分布式光纤振动传感装置。
技术介绍
基于φ-OTDR的振动传感装置主要用于建筑、工业园区、地下管线等场所，对这些重要的地方进行实时全面的振动监控,是一种以光纤作为传感媒质的光纤传感技术。在一定条件下，光纤特别容易接受被场地的振动及外界温度等因素的影响，是一种优良的敏感元件。同时光纤本身电绝缘、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、特别适合于易燃易爆、空间狭小或强电磁干扰的场所下使用。因此，光纤传感技术一经问世，就受到极大的重视，成为传感技术的先导，推动传感技术的蓬勃发展。目前常见的振动传感器按有磁电型、电涡流型、压电型、电容型、电感型等五种。这些传感器都属于电子这块的，安装和铺设的工作繁琐，而且容易损坏。由于以导线作为传输媒介，其检测距离无法做到很远，同时系统能获得并处理的数据本身局限性很大。同时其安装方式和导线铺设方式对测量结果也有较大的影响，对于现场标定而言这个问题将引起很多不必要的工作量。电容型和电感型这两种易受到周围介质的干扰，影响其工作状态，目前已很少采用。现在市场上也出现了基于光纤光栅传感技术的振动传感装置，传输媒介为光纤光栅，通过感知光栅本身波长的漂移来感知外界物理参量的变化。但其分辨率的提高完全依赖于宽带光源，同时为了提高灵敏度也必须采用高性能的单色仪或光谱仪，这样一来，整个设备的造价绝对不低，同时其探测距离也有限，无法简单通过提高光源功率来提高。就连其探测用的光栅，其成本也不低，各光栅之间的连接点也容易出现问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种结构简单同时监测灵敏度合适的分布式光纤传感装置。该装置在保证信号信噪比和探测距离的前提下，大量简化系统结构，降低硬件成本，减少光路这块的体积，同时运用包络检波器对数据做预处理，减少后续软件的压力，提高整个系统的响应速度。提供一种基于φ-OTDR的振动传感装置，该装置包含计算机、波形发生器、AOM驱动器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、激光器、同步脉冲发生器、第一耦合器、第二耦合器、平衡探测器、采集卡和包络检波器。所述计算机通过串口与同步脉冲发生器相连，所述同步脉冲发生器分别与波形发生器和采集卡相连，同时将同步脉冲发生器的同步时钟发送到采集卡上；所述波形发生器的输出端与所述AOM驱动器的输入端连接，所述AOM驱动器的输出端与所述声光调制器连接；所述激光器的输出端与第一耦合器的输入端相连，产生的连续光通过所述第一耦合器分成两束连续光；所述第一耦合器的一个输出端与所述声光调制器的输入端相连，所述声光调制器输出端直接与所述掺铒光纤放大器的输入端相连，所述掺铒光纤放大器的光源输出端与环形器的1号端口连接，环形器的2号端口与所述传感光纤连接；第一耦合器的另一输出端与第二耦合器的一个端口相连，环形器的3号端口与第二耦合器另一个端口连接；第二耦合器的两个输出端分别与平衡探测器的两个输入端连接；平衡探测器输出端与所述包络检波器连接，所述采集卡的输出端与所述计算机连接。接上述技术方案，所述计算机通过232串口与同步脉冲发生器相连。接上述技术方案，所述计算机通过PCI接口与采集卡相连接。接上述技术方案，所述第一耦合器为94：6耦合器，其能量占94％的输出端与所述声光调制器的输入端相连，其能量占94％的输出端与第二耦合器的一个端口连接。接上述技术方案，所述第二耦合器为50：50耦合器。接上述技术方案，所述激光器为窄线宽激光器。接上述技术方案，所述AOM驱动器为声光驱动器。与现有技术相比，本技术具备众多优势。本装置以普通光纤作为传输媒介，与常见的通信光缆一样铺设方便，安装和铺设的方式对测量结果的影响较小，且光缆本身不易损坏。同时本装置利用本征光与EDFA双重放大的设计，即延长了探测距离，又保证信号的质量。由于本装置基于光纤中的瑞利散射原理，使得整根光纤都是传感器，空间分辨率不再受光源的限制。只需通过采样频率和脉冲宽度的调整，就能达到实际环境对分辨率的要求。接着使用包络检波器这类硬件解调的方式，直接处理数据，即减少后续软件层面的解调压力，又保证整个系统的运行速度，使后续软件可以实时处理长距离探测所带来的大量数据。本装置解决现有技术中光纤传感器成本过高,信号处理周期过长，监测距离不够远的问题。附图说明图1是基于φ-OTDR的振动传感装置的系统结构图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。图1为本技术的系统结构图，包含器件：计算机、波形发生器、AOM驱动器、声光调制器(AOM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、环形器、传感光纤、激光器(LD)、同步脉冲发生器、第一耦合器(可选用94:6耦合器)、第二耦合器(可选用50:50耦合器)、平衡探测器、采集卡(DAQ)、包络检波器。计算机通过232的串口与同步脉冲发生器相连，接着同步脉冲发生器分别与波形发生器和采集卡相连，以保证AOM与采集卡之间的触发脉冲是同步的，同时将同步脉冲发生器的同步时钟发送到采集卡上，以保证采集卡内部时钟与同步脉冲发生器的内部时钟同步，同步时钟的频率设为固定频率的正弦波。激光器的输出端与94:6耦合器的输入端相连，产生的连续光通过94:6的耦合器分成两束连续光。能量占94％的那路光与AOM的输入端相连，AOM的输出端直接与EDFA的输入端相连，经过EDFA放大的光信号与环形器的1号端口相连，EDFA的光源输出端与环形器的1号端口连接，环形器的2号端口与传感光纤连接；能量占6％的那端直接与3dB耦合器的2号端口相连，环形器的3号端口与第二耦合器(可选用3dB耦合器)的1号端口连接。3dB耦合器的两个输出端分别与平衡探测器的两个输入端连接。平衡探测器输出的电信号，经过包络检波器的处理，并经过一定的系数转换，直接将连续信号传输到采集卡中，进行数据采集，采集到的数据直接送入计算机作后续分析。该计算机通过PCI接口与采集卡相连接，实现采集卡的初始化并将初步处理后的数据导入至后续软件模块，完成相关数据的分析处理，最终实现计算机的智能识别和控制操作。本技术中，AOM引入一个固定频率同时将连续光斩成固定频率和脉宽的光；为了保证DAQ可以采集到载波的频率信息，采样频率最好大于3到4倍的频率移动，例如AOM所引入的固定频率为80MHz，则采集卡的采样频率最好不小于250MHz,同时采集卡使用外部时钟作为同步时钟源；此处的激光器选用窄线宽激光器，其中心频率为1550nm，线宽在几kHz附近，输出功率为十几mw就行；AOM的上升沿时间和下降沿时间尽可能的小，工作波长在1530nm到1565nm之间，同时尽量选用自带的声光驱动器；环形器要求其工作在C波段，隔离度大于45dB，承受功率小于500mw；EDFA的工作波长为1530nm到1560nm，噪声系数为5.5dB。平衡探测器的中心波长为1550nm，带宽80MHz，接受灵敏度为30dB。AOM在该系统中会引入一个固定的频率移动，经过平衡探测器后，该频率移动将成为电信号的载波频率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于φ‑OTDR的振动传感装置，其特征在于，该装置包含计算机、波形发生器、AOM驱动器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、激光器、同步脉冲发生器、第一耦合器、第二耦合器、平衡探测器、采集卡和包络检波器；所述计算机通过串口与同步脉冲发生器相连，所述同步脉冲发生器分别与波形发生器和采集卡相连，同时将同步脉冲发生器的同步时钟发送到采集卡上；所述波形发生器的输出端与所述AOM驱动器的输入端连接，所述AOM驱动器的输出端与所述声光调制器连接；所述激光器的输出端与第一耦合器的输入端相连，产生的连续光通过所述第一耦合器分成两束连续光；所述第一耦合器的一个输出端与所述声光调制器的输入端相连，所述声光调制器输出端直接与所述掺铒光纤放大器的输入端相连，所述掺铒光纤放大器的光源输出端与环形器的1号端口连接，环形器的2号端口与所述传感光纤连接；第一耦合器的另一输出端与第二耦合器的一个端口相连，环形器的3号端口与第二耦合器另一个端口连接；第二耦合器的两个输出端分别与平衡探测器的两个输入端连接；平衡探测器输出端与所述包络检波器连接，所述采集卡的输出端与所述计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于φ-OTDR的振动传感装置，其特征在于，该装置包含计算机、波形发生器、AOM驱动器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、传感光纤、激光器、同步脉冲发生器、第一耦合器、第二耦合器、平衡探测器、采集卡和包络检波器；所述计算机通过串口与同步脉冲发生器相连，所述同步脉冲发生器分别与波形发生器和采集卡相连，同时将同步脉冲发生器的同步时钟发送到采集卡上；所述波形发生器的输出端与所述AOM驱动器的输入端连接，所述AOM驱动器的输出端与所述声光调制器连接；所述激光器的输出端与第一耦合器的输入端相连，产生的连续光通过所述第一耦合器分成两束连续光；所述第一耦合器的一个输出端与所述声光调制器的输入端相连，所述声光调制器输出端直接与所述掺铒光纤放大器的输入端相连，所述掺铒光纤放大器的光源输出端与环形器的1号端口连接，环形器的2号端口与所述传感光纤连接；第一耦合器的另一输出端与第二耦合器的一个端口相连，环形器的3号端口与第二耦合器另一个端口连接；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，田铭，董雷，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42