一种长距离分布式光纤高频振动测量的系统和方法技术方案

一种长距离分布式光纤高频振动测量的系统和方法。其系统包括：包括待测光纤、第一空分复用器、第二空分复用器、激光器、第一耦合器、相位光时域反射仪，马赫增德尔干涉仪和数据采集处理装置，待测光纤中包含至少5路空分复用光路，第一空分复用光路的后向散射光由相位光时域反射仪转换为电信号后计算振动位置，第二空分复用光路和第四空分复用光路组成回路、第三空分复用光路和第五空分复用光路组成回路，两回路的前向光由马赫增德尔干涉仪转换为电信号后计算振动频率和频度。本发明专利技术将相位光时域反射仪和马赫增德尔干涉仪技术相结合，能够同时测量对应振动不同频率传感数据的多个物理参量，有效提升了光纤传感振动测量系统的频率响应范围。率响应范围。率响应范围。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离分布式光纤高频振动测量的系统和方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，特别是涉及一种长距离分布式光纤高频振动测量的系统和方法。

技术介绍

[0002]分布式光纤振动传感技术可以测量光纤任意一点的振动情况，被广泛应用于长距离线路的振动监测，以实现对管道泄漏、施工破坏、入侵事件、机电设备工作状态的监测。机械振动信号按频率可以分为低频、中频和高频信号，高频振动信号的频率一般认为是频率大于1000Hz的信号。在高频范围内，主要测量的振幅是加速度，它表征振动部件所受冲击力的强度。高频振动传感主要用于机械的工作状态监测。
[0003]在分布式光纤振动传感技术中，能够测量的最大振动频率取决于系统所发射的脉冲光频率。然而，受限于线路长度和传感光在光纤介质中的传播速度，脉冲频率不能被设定得过高。因为在距离一定的条件下，过高的脉冲频率会使得两个周期的散射信号在采集端发生重叠，以致无法解调出传感光纤链路上不同地域空间的独立物理参量。例如，100千米的光纤传感线路，为防止后向散射光的采集端的多个周期后向采集信号重叠，脉冲发送频率最大只能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长距离分布式光纤高频振动测量的系统，其特征在于，包括待测光纤、第一空分复用器、第二空分复用器、激光器、第一耦合器、相位光时域反射仪，干涉仪和数据采集处理装置，具体的：待测光纤中至少包含5路空分复用光路，第一空分复用器与待测光纤的第一端耦合；第二空分复用器与待测光纤的第二端耦合，通过第二空分复用器将待测光纤的第二空分复用光路与第四空分复用光路耦合，并将第三空分复用光路和第五空分复用光路耦合；激光器发出的光束经第一耦合器分光后生成第一出射光和第二出射光；第一出射光进入相位光时域反射仪的光源输入端口，被调制为脉冲光后经相位光时域反射仪的待测光纤接驳端口输出，经第一空分复用器输入待测光纤的第一空分复用光路；脉冲光在待测光纤第一空分复用光路生成的后向散射光返回相位光时域反射仪的待测光纤接驳端口，由相位光时域反射仪生成第一电信号，第一电信号经相位光时域反射仪的电信号输出端口进入数据采集处理装置的第一采集端口；第二出射光进入干涉仪的光源输入端口，经分光后生成第一信号光和第二信号光；第一信号光通过干涉仪的第一光信号输出端口输出，经第一空分复用器输入待测光纤的第二空分复用光路，到达待测光纤的第二端后经过第二空分复用器生成第一前向光，第一前向光由第四空分复用光路返回，第二空分复用光路和第四空分复用光路构成干涉仪的第一干涉臂；第二信号光通过干涉仪的第二光信号输出端口输出，经第一空分复用器输入待测光纤的第三空分复用光路，到达待测光纤的第二端后经过第二空分复用器生成第二前向光，第二前向光由第五空分复用光路返回，第三空分复用光路和第五空分复用光路构成干涉仪的第二干涉臂；第一前向光进入干涉仪的第一光信号输入端口，第二前向光进入干涉仪的第二光信号输入端口，由干涉仪合光后生成第二电信号，第二电信号经干涉仪的电信号输出端口进入数据采集处理装置的第二采集端口；数据采集处理装置使用第一电信号计算振动的位置参数，数据采集处理装置使用第二电信号计算振动的频率和频度参数。2.根据权利要求1所述的长距离分布式光纤高频振动测量的系统，其特征在于，具体包括：待测光纤具体为少模光纤，少模光纤的每个空间模式对应待测光纤的一个空分复用光路；第一空分复用器具体为第一模分复用器，第一模分复用器的复用端口与待测光纤的第一端耦合，第一模分复用器的第一分用端口对应少模光纤的第一空分复用光路，与相位光时域反射仪的待测光纤接驳端口连接，第一模分复用器的第二分用端口对应少模光纤的第二空分复用光路，与干涉仪的第一光信号输出端口连接，第一模分复用器的第三分用端口对应少模光纤的第三空分复用光路，与干涉仪的第二光信号输出端口连接；第二空分复用器具体为第二模分复用器，第二模分复用器的复用端口与待测光纤的第二端耦合，第二模分复用器的第二分用端口对应少模光纤的第二空分复用光路，第二模分复用器的第三分用端口对应少模光纤的第三空分复用光路，第二模分复用器的第四分用端口对应少模光纤的第四空分复用光路，第二模分复用器的第五分用端口对应少模光纤的第
五空分复用光路，第二模分复用器的第二分用端口和第四分用端口以单模光纤耦合相连，第二模分复用器的第三分用端口和第五分用端口以单模光纤耦合连接。3.根据权利要求2所述的长距离分布式光纤高频振动测量的系统，其特征在于，具体包括：少模光纤的第二空分复用光路和第三空分复用光路相对于少模光纤截面中心为中心对称；少模光纤的第四空分复用光路和第五空分复用光路相对于少模光纤截面中心为中心对称。4.根据权利要求1所述的长距离分布式光纤高频振动测量的系统，其特征在于，具体包括：待测光纤具体为多芯光纤，多芯光纤的每个纤芯对应待测光纤的一个空分复用光路；第一空分复用器具体为第一多芯光纤扇入扇出模块，第一多芯光纤扇入扇出模块的多芯尾纤与待测光纤的第一端耦合，第一多芯光纤扇入扇出模块的第一单模尾纤对应少模光纤的第一空分复用光路，与相位光时域反射仪的待测光纤接驳端口连接，第一多芯光纤扇入扇出模块的第二单模尾纤对应少模光纤的第二空分复用光路，与干涉仪的第一光信号输出端口连接，第一多芯光纤扇入扇出模块的第三单模尾纤对应少模光纤的第三空分复用光路，与干涉仪的第二光信号输出端口连接；第二空分复用器具体为第二多芯光纤扇入扇出模块，第二多芯光纤扇入扇出模块的多芯尾纤与待测光纤的第二端耦合，第二多芯光纤扇入扇出模块的第二单模尾纤对应少模光纤的第二空分复用光路，第二多芯光纤扇入扇出模块的第三单模尾纤对应少模光纤的第三空分复用光路，第二多芯光纤扇入扇出模块的第四单模尾纤对应少模光纤的第四空分复用...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯谦，唐明，张作才，赵灿，马天骄，吴昊，
申请(专利权)人：武汉地震工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：