基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感系统及传感方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于马赫－泽德干涉仪的光纤振动传感系统，包括感应模块，检测模块，采集模块，处理模块；感应模块用以感应外界的振动；检测模块与感应模块相连，用以检测振动的相关数据；采集模块与检测模块相连，用以采集检测模块检测到的数据；处理模块与采集模块相连，用以对采集到的数据进行处理。本发明专利技术的传感部分完全无源，检测灵敏度和定位精度高，结构简单，成本低，不受环境干扰和限制，而且能够分辨光纤上同时出现的多点振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感
，涉及一种基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感 系统及传感方法。
技术介绍
光纤传感器可用于通讯、工程、物理参数测量等领域，随着技术和需求的发 展，它由单点检测逐渐发展成为多点准分布式和全分布式4全测。全分布式光纤传 感测量是利用光纤的一维空间连续特性进行测量的技术，整个光纤长度上的任意 一点都是敏感点，属于"海量"测量，检测没有盲区，并包容了光纤的不受电磁 干扰，灵壽文度高，可靠性高，耐腐蚀，体积小等诸多优点，因此成为目前国内外 研究的热点。全分布式光纤振动传感是分布式光纤传感的一个重要分支，利用光 纤的应力敏感特性，连续实时地监测作用于光纤上的压力或光纤附近的振动干涉 型光纤传感器具有极高的探测灵敏度。但是在分布式传感中如何实现准确定位是 一个难题，目前针对于干涉型分布式光纤传感器的设计，大多是基于萨格纳克、 马赫-泽德和迈克尔逊等干涉仪复用的方法，而传统的这些系统结构复杂、信号 处理困难，而且不易处理对于外界扰动对于参考臂的影响而照成的误报。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动 传感系统及传感方法。为解决上述技术问题，本专利技术釆用如下技术方案。一种基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感系统，包括感应模块，检测模块， 采集模块，处理模块；感应模块用以感应外界的振动；检测模块与感应模块相连， 用以检测振动的相关数据；釆集模块与检测模块相连，用以采集检测模块检测到 的数据；处理模块与采集模块相连，用以对采集到的数据进行处理。作为本专利技术的一种优选方案，所述感应模块为感应光缆。作为本专利技术的另一种优选方案，所述检测模块包括光源，第一耦合器，第二 耦合器，第三耦合器，第四耦合器，第五耦合器，第一延时光纤，第二延时光纤，第一探测器，第二探测器；光源用以发出光信号；第一耦合器用以接收来自光源 的光信号，并将所述光信号分为2路光信号；第二耦合器用以接收来自第一耦合 器的一路光信号；第三耦合器用以接收来自第一耦合器的另一路光信号；第一延 时光纤与第二耦合器和第四耦合器相连，用以传输光信号；第二延时光纤与第三 耦合器和第五耦合器相连，用以传输光信号；第四耦合器与感应光缆的一端相连； 第五耦合器与感应光缆的另一端相连；第一探测器一端与第二耦合器相连，另一 端与采集模块相连；第二探测器一端与第三耦合器相连，另一端与采集模块相连。 作为本专利技术的再一种优选方案，所述光源为为DFB-LD激光器；所述第一耦 合器，第二耦合器，第三耦合器，第四耦合器，第五耦合器均为2x2光纤耦合 器。作为本专利技术的再一种优选方案，所述采集模块为高速数据采集卡。 作为本专利技术的再一种优选方案，所述处理模块为计算机。 基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感系统的传感方法，包括以下步骤 步骤一，光源发出直流单色光，通过第一耦合器后分别进入第二耦合器和第 三耦合器；步骤二，进入第二耦合器的光一路通过第一延时光纤进入第四耦合器，再通 过感应光缆进入第五耦合器中，然后不通过第二延时光纤直接到达第三耦合器；步骤三，进入第二耦合器的光另一路不通过第一延时光纤直接进入笫四耦合 器，再通过感应光缆进入第五耦合器中，然后通过第二延时光纤到达第三耦合器；步骤四，步骤三所述的到达第三耦合器的光与步骤二所述的到达第三耦合器 的光在第三耦合器处发生干涉；步骤五，与步骤二同时发生，进入第三耦合器的光一路通过第二延时光纤进 入第五耦合器，再通过感应光缆进入第四耦合器中，然后不通过第一延时光纤直 接到达第二耦合器；步骤六，进入第三耦合器的光另一路不通过第二延时光纤直接进入第五耦合 器，再通过感应光缆进入第四耦合器中，然后通过第 一延时光纤到达第二耦合器；步骤七，步骤六所述的到达第二耦合器的光与步骤五所述的到达第二耦合器 的光在第二耦合器处发生干涉。本专利技术的有益效果在于本专利技术的传感部分完全无源，检测灵敏度和定位精 度高，结构筒单，成本^<,不受环境干扰和限制，而且能够分辨光纤上同时出现 的多点振动。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一 步详细说明图1为本专利技术的系统框图；图2为本专利技术的系统原理示意图；图3为P点发生振动事件时的光波传播路径图。主要组件符号说明1、第一耦合器； 2、第二耦合器；3、第三耦合器； 4、第四耦合器；5、第五耦合器； 6、第一延时光纤；7、第二延时光纤； 8、第一探测器；9、第二探测器； 10、感应光缆。具体实施方式本专利技术是一种基于环形马赫-泽德干涉仪结构的多防区定位型光纤振动传感 系统及传感方法，通过加入两段延时光纤将其中的参考光纤部分省去，耦合器组 成的分光单元在干涉仪光路中引入环结构，将直线型干涉仪转化为环型回路，使 得一个马赫-泽德干涉仪中相向传输两路光波，相当于构成双马赫-泽德干涉仪。当振动作用于感应光缆时，相向传输的两路直流光波同时产生相同的相位信号并 沿不同的路径传输至光接收单元，采用直流光动态定位技术分析接收信号即可实 时获得振动信号的空间位置和频率、幅度等特性参数。本专利技术仅需在监控区域周 围铺设一条普通光缆就能够保证在长距离范围内连续、实时地对干扰(挖掘、入侵、破坏等)进行分布式检测。本专利技术的系统结构图如图1所示，两路相关信号分别为光路(1) 1-2-6-4-10-5-3;(2) 1-2+10-5-7-3; 此二路光的干涉信号被光电探测器9接收；(3 ) 1-3-7-5-10-4-2; (4) 1-3-5-10-6-4-2; 此二路光的干涉信号被光电探测器8接收。实施例一本实施例是一种基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感系统，如图l所示， 包括感应模块，检测模块，采集模块，处理模块；感应模块用以感应外界的振动； 检测模块与感应模块相连，用以检测振动的相关数据；采集模块与检测模块相连， 用以采集检测模块检测到的数据；处理模块与采集模块相连，用以对采集到的数 据进行处理。所述感应模块为感应光缆。所述检测模块包括光源，第一耦合器，第二耦合 器，第三耦合器，第四耦合器，第五耦合器，第一延时光纤，第二延时光纤，第 一探测器，第二探测器；光源用以发出光信号；第一耦合器用以接收来自光源的 光信号，并将所述光信号分为2路光信号；第二耦合器用以接收来自第一耦合器 的一路光信号；第三耦合器用以接收来自第一耦合器的另一路光信号；第一延时 光纤与第二耦合器和第四耦合器相连，用以传输光信号；第二延时光纤与第三耦 合器和第五耦合器相连，用以传输光信号；第四耦合器与感应光缆的一端相连； 第五耦合器与感应光缆的另一端相连；第一探测器一端与第二耦合器相连，另一 端与采集模块相连；第二探测器一端与第三耦合器相连，另一端与采集模块相连。 所述光源为为DFB-LD激光器；所述第一耦合器，第二耦合器，第三耦合器，第 四耦合器，第五耦合器均为2 x 2光纤耦合器。所述采集模块为高速数据采集卡。 所述处理模块为计算机。基于马赫-泽德干涉仪的光纤振动传感系统的传感方法，包括以下步骤步骤一，光源发出直流单色光，通过第一耦合器后分别进入第二耦合器和第 三耦合器；步骤二，进入第二耦合器的光一路通过第一延时光纤进入第四耦合器，再通过感应光缆进入第五耦合器中，然后不通过第二延时光纤直接到达第三耦合器； 步骤三，进入第二耦合器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于马赫－泽德干涉仪的光纤振动传感系统，其特征在于，包括：　感应模块，用以感应外界的振动；　检测模块，与感应模块相连，用以检测振动的相关数据；　采集模块，与检测模块相连，用以采集检测模块检测到的数据；　处理模块， 与采集模块相连，用以对采集到的数据进行处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小燕，陈宇飞，皋魏，席刚，周正仙，仝芳轩，
申请(专利权)人：上海华魏光纤传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]