The invention discloses a distributed optical fiber acoustic sensor device and method based on double polarization double-sideband modulation, including a narrow linewidth laser source (1), a polarization-maintaining fiber isolator (2), a double polarization four-parallel Mach Zehnder electro-optic modulator (3), an arbitrary waveform generator (4) for X polarization direction driving, and an arbitrary waveform generator (4) for Y polarization direction driving. Optical fiber polarization splitter (8), first erbium-doped fiber amplifier (9), first fiber filter (10), fiber circulator (11), second erbium-doped fiber amplifier (13), second fiber filter (14), four-way output 90 degree optical mixer (15), balanced photoelectric The detector (16), the data acquisition card (17) and the processing unit (18). The invention combines the advantages of time-domain reflection and frequency-domain reflection, is free from electromagnetic interference and electric passivity, and can realize distributed acoustic sensing with large dynamic range and high spatial resolution.
【技术实现步骤摘要】
基于双偏振双边带调制的分布式光纤声传感装置及方法
本专利技术涉及光纤声音传感测量
，特别是涉及一种基于数字双偏振双边带调制的分布式声传感装置及测量方法。
技术介绍
近年来随着光纤传感技术的发展，光纤声音传感测量成为主要研究领域之一。在长距离野外传输管线的安全监测、海洋地质和海洋石油勘探、航空飞机气动噪声源探测等领域具有广泛的应用需求。声波检测技术是利用声波信号在弹性介质内的传播变化实现对检测目标的探测、识别和定位。现有传声器阵列大多采用电学麦克风进行构建，分立式结构的电子传感器需要严格的同步采集要求使传感器阵列规模严重受限，同时在一些特殊的环境，如核磁共振、强电磁干扰或易燃易爆环境中，电子传声器将会失去作用，加之信号衰减会给传感器端的弱电量信号带来不利的影响，在较远距离的条件下将无法使用。近年国内外研究人员提出分布式光纤振动传感方法，主要包括干涉型探测法、相敏光时域反射法、光频域反射法等。基于声波本质上属于振动信号的原理，上述方法分别存在以下的缺陷：(1)干涉型探测法，其使用的光源都是连续激光，因此这类方法的弊端是不能对多点振动同时进行探测；(2)相敏光时域反射法，其单一的探测方式使光脉冲宽度和脉冲能量需要折中考虑，限制了系统的空间分辨率、信噪比和动态范围的同步提升，难以满足真正声波分布传感要求。如2013年T.Zhu等人将双马赫曾德尔干涉结构与phase-OTDR结合，采用调制脉冲实现了测试距离为1km，空间分辨率为5m，响应频率为3MHz的分布式振动传感系统；(3)基于光频域反射法：其采用扫描激光器作为光源，因此这类传感方法具有高空间分辨率的特点...
【技术保护点】
1.一种基于双偏振双边带调制的分布式光纤声传感装置，其特征在于，该传感装置包括窄线宽激光源(1)、保偏光纤隔离器(2)、双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)、X偏振方向驱动用任意波形发生器(4)、Y偏振方向驱动用任意波形发生器(5)、电光调制器偏压控制板(6)、1×2保偏光纤耦合器(7)、光纤偏振分束器(8)、第一掺铒光纤放大器(9)、第一光纤滤波器(10)、光纤环行器(11)、传感光纤(12)、第二掺铒光纤放大器(13)、第二光纤滤波器(14)、四路输出型90°光混合器(15)、平衡光电探测器(16)、数据采集卡(17)以及处理单元(18)；其中：所述窄线宽激光源(1)输出端与所述保偏光纤隔离器(2)的输入端连接；所述保偏光纤隔离器(2)的输出端与所述双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)相连接，所述双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)的输出端与1×2保偏光纤耦合器(7)的输出端相连接，所述1×2保偏光纤耦合器(7)的输入端分成两路，其中一路连接所述电光调制器偏压控制板(6)上的光电探测器；另一路与光纤偏振分束器(8)的输入端相连接，通过所述光纤偏振分束器(8)将双边带异构脉冲光...
【技术特征摘要】
1.一种基于双偏振双边带调制的分布式光纤声传感装置，其特征在于，该传感装置包括窄线宽激光源(1)、保偏光纤隔离器(2)、双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)、X偏振方向驱动用任意波形发生器(4)、Y偏振方向驱动用任意波形发生器(5)、电光调制器偏压控制板(6)、1×2保偏光纤耦合器(7)、光纤偏振分束器(8)、第一掺铒光纤放大器(9)、第一光纤滤波器(10)、光纤环行器(11)、传感光纤(12)、第二掺铒光纤放大器(13)、第二光纤滤波器(14)、四路输出型90°光混合器(15)、平衡光电探测器(16)、数据采集卡(17)以及处理单元(18)；其中：所述窄线宽激光源(1)输出端与所述保偏光纤隔离器(2)的输入端连接；所述保偏光纤隔离器(2)的输出端与所述双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)相连接，所述双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)的输出端与1×2保偏光纤耦合器(7)的输出端相连接，所述1×2保偏光纤耦合器(7)的输入端分成两路，其中一路连接所述电光调制器偏压控制板(6)上的光电探测器；另一路与光纤偏振分束器(8)的输入端相连接，通过所述光纤偏振分束器(8)将双边带异构脉冲光信号分束成X和Y偏振两个方向，作为探测光脉冲信号的X偏振方向的双边带异构脉冲光信号，所述1×2保偏光纤耦合器(7)的输出端，所述光纤偏振分束器(8)包括两路输出：其中输出X偏振信号的所述光纤偏振分束器(8)的一路输出端与所述第一掺铒光纤放大器(9)的输入端相连接，所述第一掺铒光纤放大器(9)的输出端与所述第一光纤滤波器(10)的输入端相连接，所述第一光纤滤波器(10)的输出端与所述光纤环行器(11)的输入端相连接，所述光纤环行器(11)有两路输出：其中一路输出端注入到所述传感光纤(12)，另一路输出端连接到所述第二掺铒光纤放大器(13)的输入端，所述第二掺铒光纤放大器(13)的输出端与所述第二光纤滤波器(14)的输入端相连接，所述第二光纤滤波器(14)的输出端与所述四路输出型90°光混合器(15)的另一路输出端相连接；而输出Y偏振信号的所述光纤偏振分束器(8)的另一路输出端输出Y偏振信号与所述四路输出型90°光混合器(15)的输入端相连接，所述四路输出型90°光混合器(15)的四路输出端与所述平衡光电探测器(16)的输入端相连接，所述平衡光电探测器的输出端与所述高速数据采集卡(17)、处理单元(18)相连接，通过高速数据采集卡(17)和处理单元(18)进行接收和数据处理；由X偏振方向驱动用任意波形发生器(4)和Y偏振方向驱动用任意波形发生器(5)分别产生上边带为扫频光脉冲、下边带为固定频率的双边带异构光脉冲数字信号，加载到所述双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)。2.一种基于双偏振双边带调制的分布式光纤声传感方法，其特征在于，该方法具体包括以下流程：步骤一、窄线宽激光源(1)发出光频为ω0的连续激光经过保偏光纤隔离器(2)后进入双偏振四平行马赫曾德尔电光调制器(3)；由X偏振方向驱动用任意波形发生器(4)和Y偏...
【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，马喆，王双，刘琨，陈文杰，张学智，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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