高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统，包括宽带光源、电光强度调制器、耦合器、可调光衰减器、反射镜、光纤布拉格光栅、光电探测器和频谱仪，宽带光源与所述电光强度调制器的输入端连接，电光强度调制器的输出端与该耦合器的耦合输入端连接，该耦合器的第一输出端通过该可调光衰减器连接该反射镜，第二输出端与该光纤布拉格光栅连接，该耦合器的耦合输出端通过该光电探测器连接该频谱仪。本发明专利技术结构简单、精度和灵敏度较高且解析时间较短，可以实现实时监测。可以实现实时监测。可以实现实时监测。

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统


[0001]本专利技术属于振动监测领域，具体涉及一种高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统。

技术介绍

[0002]振动监测在现代工程系统中发挥着重要作用，比如石油工业中的健康监测以及地震活动或者环境监测。当这些系统运行异常时会产生振动，而监测系统振动可以进行预警和诊断。因此，振动传感技术在以上系统中起着十分重要的作用。光纤振动传感器由于其体积小、重量轻和抗电磁干扰等优势被应用于振动监测中。光纤振动传感器根据传感原理分为三类：基于光强的传感器、基于干涉的传感器和基于光栅的传感器。目前基于强度的光纤振动传感器其存在着测量精度受不确定的光纤弯曲和光功率波动的问题。基于干涉仪的光纤振动传感器存在着带宽受限以及结构制备复杂的问题。基于光栅的光纤传感系统中由于其基于波长漂移的解调方法存在着解调时间长的问题，不适合实时监测。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统，以解决目前振动监测系统结构复杂、精度和灵敏度较低且解析时间较长、无法实现实时监测的问题。
[0004]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统，包括宽带光源、电光强度调制器、耦合器、可调光衰减器、反射镜、光纤布拉格光栅、光电探测器和频谱仪，所述宽带光源与所述电光强度调制器的输入端连接，所述电光强度调制器的输出端与该耦合器的耦合输入端连接，该耦合器的第一输出端通过该可调光衰减器连接该反射镜，第二输出端与该光纤布拉格光栅连接，该耦合器的耦合输出端通过该光电探测器连接该频谱仪；
[0005]所述宽带光源，用于将激光信号传输给所述电光强度调制器；
[0006]所述电光强度调制器，用于将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，并将加载有所述微波信号的激光信号传输给所述耦合器；
[0007]所述耦合器，用于将加载有所述微波信号的激光信号分成上下两路，一路作为参考光传输给所述可调光衰减器，另一路作为测量光传输给所述光纤布拉格光栅；
[0008]所述可调光衰减器，用于对所述参考光的强度进行调节，并将强度调节后的参考光传输给所述反射镜；所述反射镜在接收到强度调节后的参考光后，通过所述可调光衰减器将参考反射光传输给所述耦合器；所述光纤布拉格光栅在接收到所述测量光后，将加载有振动信号的测量光反射光传输给所述耦合器；所述参考反射光和测量反射光在所述耦合器处合束，发生微波干涉，所述光电探测器对微波干涉光信号进行探测，获得微波干涉电信号；所述频谱仪结合迈克尔逊干涉数学模型，对所述微波干涉电信号进行分析，从而获得不同位置处的振动强度；
[0009]其中，所述可调光衰减器通过对所述参考光的强度进行调节，来增大所述微波干
涉的对比度，从而提高振动信号测量灵敏度；和/或通过选择并将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，利用加载有所述微波信号的激光信号进行振动测量，以提高振动信号测量灵敏度。
[0010]在一种可选的实现方式中，按照以下方法对所述微波信号的设定单频率进行选择：
[0011]搭建好所述微波干涉振动实时监测系统后，在所述电光强度调制器不将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，不对所述宽带光源输出的激光信号进行电光强度调制，且所述光纤布拉格光栅不对振动信号进行测量的前提下，操作所述宽带光源输出激光信号，所述频谱仪在获得宽频响应后，确定所述宽频响应中微波干涉的波谷频率，并将所述波谷频率作为该微波信号的设定单频率。
[0012]在另一种可选的实现方式中，所述频谱仪将所述微波干涉电信号带入迈克尔逊干涉数学模型，计算出所述振动信号的强度。
[0013]在另一种可选的实现方式中，所述迈克尔逊干涉数学模型为：
[0014][0015]A1为参考臂光振幅，A2为测量臂光振幅，f为光频率，α为色散系数，U0为振动信号幅值，ω为振动信号频率，Δτ0为两臂的初始相位差，其中，函数cos[]表示迈克尔逊干涉条纹数学公式，sin2πwt表示振动信号的表达式。
[0016]在另一种可选的实现方式中，将所述微波干涉电信号带入所述迈克尔逊干涉数学模型后，比对所述迈克尔逊干涉数学模型中二次和四次谐波的功率，或者比对所述迈克尔逊干涉数学模型中一次和三次谐波的功率，确定因所述振动信号引起的相位变化，根据所述相位变化，计算出所述振动信号的强度。
[0017]在另一种可选的实现方式中，所述迈克尔逊干涉数学模型中一次至四次谐波的功率表示为：
[0018][0019]其中，M为微波信号幅度，J为贝塞尔函数，A1为参考臂光振幅，A2为测量臂光振幅，f为光频率，U0为振动信号幅值，ω为振动信号频率，Δτ0为两臂的初始相位差，α为色散系数。
[0020]在另一种可选的实现方式中，比对所述迈克尔逊干涉数学模型中二次和四次谐波的功率时，因所述振动信号引起的相位变化表示为：
[0021][0022]比对所述迈克尔逊干涉数学模型中一次和三次谐波的功率时，因所述振动信号引起的相位变化表示为：
[0023][0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术通过设置可调光衰减器，对参考臂上传输的参考光的强度进行调节，可以增大所述微波干涉的对比度，从而提高振动信号测量灵敏度和分辨率，通过选择并将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，利用加载有所述微波信号的激光信号进行振动测量，同样可以提高振动信号测量灵敏度和分辨率；本专利技术进行干涉测量时是基于微波干涉，如此可以提高系统的稳定性，并且本专利技术结构简单，在进行振动信号解析时，将微波干涉电信号与迈克尔逊干涉数学模型相结合，解析方法简单且所用时间短，可以实现振动信号实时监测；
[0026]2、本专利技术将微波干涉中波谷频率对应的微波信号加载到激光信号进行振动测量，振动测量的灵敏度最大。
附图说明
[0027]图1是本专利技术高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。
[0029]在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0030]参见图1，为本专利技术高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统的一个实施例结构示意图。该高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统可以包括宽带光源、电光强度调制器、耦合器、可调光衰减器、反射镜、光纤布拉格光栅、光电探测器和频谱仪，所述宽带光源与所述电光强度调制器的输入端连接，所述电光强度调制器的输出端与该耦合器的耦合输入端连接，该耦合器的第一输出端通过该可调光衰减器连接该反射镜，第二输出端与该光纤布拉格本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统，其特征在于，包括宽带光源、电光强度调制器、耦合器、可调光衰减器、反射镜、光纤布拉格光栅、光电探测器和频谱仪，所述宽带光源与所述电光强度调制器的输入端连接，所述电光强度调制器的输出端与该耦合器的耦合输入端连接，该耦合器的第一输出端通过该可调光衰减器连接该反射镜，第二输出端与该光纤布拉格光栅连接，该耦合器的耦合输出端通过该光电探测器连接该频谱仪；所述宽带光源，用于将激光信号传输给所述电光强度调制器；所述电光强度调制器，用于将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，并将加载有所述微波信号的激光信号传输给所述耦合器；所述耦合器，用于将加载有所述微波信号的激光信号分成上下两路，一路作为参考光传输给所述可调光衰减器，另一路作为测量光传输给所述光纤布拉格光栅；所述可调光衰减器，用于对所述参考光的强度进行调节，并将强度调节后的参考光传输给所述反射镜；所述反射镜在接收到强度调节后的参考光后，通过所述可调光衰减器将参考反射光传输给所述耦合器；所述光纤布拉格光栅在接收到所述测量光后，将加载有振动信号的测量光反射光传输给所述耦合器；所述参考反射光和测量反射光在所述耦合器处合束，发生微波干涉，所述光电探测器对微波干涉光信号进行探测，获得微波干涉电信号；所述频谱仪结合迈克尔逊干涉数学模型，对所述微波干涉电信号进行分析，从而获得不同位置处的振动强度；其中，所述可调光衰减器通过对所述参考光的强度进行调节，来增大所述微波干涉的对比度，从而提高振动信号测量灵敏度；和/或通过选择并将设定单频率的微波信号加载至所述激光信号上，利用加载有所述微波信号的激光信号进行振动测量，以提高振动信号测量灵敏度。2.根据权利要求1所述的高灵敏度的微波干涉振动实时监测系统，其特征在于，按照以下方法对所述微波信号的设定单频率进行选择：搭建好所述微波干涉振动实时监测系统后，在所述电光强度调制器不将设定单频率的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明，冯丹祺，张天衡，谷三峰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：