一种电缆振动与应变监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及分布式光纤传感技术领域，公开了一种电缆振动与应变监测装置及方法，装置包括：依附于待测电缆的传感光纤、窄线宽激光器、第一分光器、探测信号处理模块、环形器、第二分光器、第一光电探测器、参考信号处理模块、耦合器、第二光电探测器与数据采集模块。本发明专利技术利用单个窄线宽激光器与单个传感光纤的双机理分布式传感，从窄线宽脉冲激光器产生的激光信号中，根据散射信号的频差，利用频谱滤波器分离出布里渊散射信号和瑞利散射信号，利用布里渊光时域反射计与相位敏感光时域反射计分别检测布里渊散射信号与瑞利散射信号，进而分析获取待测电缆的振动及应变信息，实现了对待测电缆振动及应变的同时测量，装置结构简单且成本低。本低。本低。

【技术实现步骤摘要】
一种电缆振动与应变监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感
，尤其是指一种电缆振动与应变监测装置及方法。

技术介绍

[0002]基于布里渊散射和瑞利散射的光时域反射计，因其传感原理是基于光纤中传输的布里渊散射光频率和瑞利散射光相位的变化，所以其测量精度和灵敏度极高，非常适用于应变和振动事件的检测。
[0003]随着光纤传感技术的发展和应用，多参量监测已成为光纤监控系统的必然发展趋势，同时也为故障事件的综合识别提供了更全面的判断依据和更有效的途径。而基于布里渊散射或瑞利散射的光时域反射计均只能测量单一物理量，如布里渊光时域反射计(B
‑
OTDR)只能检测光纤沿线的应变，而相位敏感光时域反射计(Φ
‑
OTDR)只能检测光纤沿线的振动及分布；相位敏感光时域反射计检测的是瑞利散射光，布里渊光时域反射计检测的是布里渊散射光，因此单一设备无法做到满足多参量物理场的监测应用需求；对于普通单模光纤，两散射光之间有约11GHz的布里渊频移差，现有的检测设备无法利用单模光纤实现对两散射光的同时测量；通常需要用到两个激光发生器与两个传感光纤来进行多参量监测，装置复杂且成本高。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法利用单一设备实现对布里渊散射光与瑞利散射光的共同测量，导致无法利用单一设备同时获取应变及振动信息。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电缆振动与应变监测装置，包括：传感光纤，依附于待测电缆，使其自身的振动状态及应变状态与待测电缆一致；窄线宽激光器，用于发出窄线宽脉冲光源；第一分光器，其输入端连接所述窄线宽激光器，用于将所述窄线宽脉冲光源分为两路，分别为初始探测信号与初始参考信号；探测信号处理模块，连接所述第一分光器输出端，用于将所述初始探测信号利用预设调制信号调制成脉冲信号，并放大脉冲信号的功率，输出调制后的探测信号；环形器，其第一端口连接所述探测信号处理模块的输出端，用于将所述调制后的探测信号从其第二端口传入所述传感光纤，将传感光纤产生的后向散射传感检测光，返回其第二端口，并从第三端口输出；第二分光器，其输入端连接所述环形器第三端口，用于将环形器第三端口输出的后向散射传感检测光分为两路，分别为第一输出信号与第二输出信号；第一光电探测器，连接所述第二分光器输出端，用于对所述第一输出信号进行探测，获取所述后向散射传感检测光的电信号；
参考信号处理模块，连接所述第一分光器输出端，用于调制所述初始参考信号的相位、频率及偏振，输出调制后的参考信号；耦合器，其输入端连接参考信号处理模块与第二分光器的输出端，获取所述调制后的参考信号与所述第二输出信号并进行相干检测，得到包含待测电缆位置信息的差频信号；第二光电探测器，连接所述耦合器的输出端，对所述差频信号进行探测，获取差频信号的电信号；数据采集模块，连接所述第一光电探测器与所述第二光电探测器的输出端，获取后向散射传感检测光的电信号与差频信号的电信号，并分离出布里渊散射信号与瑞利散射信号，分别进行分析得到光纤沿线的应变分布，振动及幅度大小分布。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，所述探测信号处理模块包括：声光调制器，连接所述第一分光器输出端，基于声光效应，利用预设调制信号调制所述初始探测信号；脉冲发生器，连接所述声光调制器，为所述声光调制器提供预设电子驱动信号；光脉冲放大器，其输入端连接所述声光调制器的输出端，用于放大调制后的初始探测信号的脉冲功率，并降低光纤非线性效应，输出探测信号。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述参考信号处理模块包括：电光调制器，其输入端连接所述第一分光器的输出端，利用电光效应调制所述初始参考信号的相位、频率与偏振；微波驱动器，连接所述电光调制器，用于驱动所述电光调制器生成预设带宽；扰偏器，其输入端连接所述电光调制器的输出端，消除电光调制器输出信号的偏振损害；单边带滤波器，其输入端连接所述扰偏器的输出端，对扰偏器的输出信号进行滤波，输出参考信号。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述数据采集模块包括：频谱滤波器，其输入端连接所述第一光电探测器与所述第二光电探测器的输出端，获取后向散射传感检测光的电信号与差频信号的电信号，并从中分离出布里渊散射信号与瑞利散射信号，分别进行滤波与放大处理；布里渊光时域反射计，连接所述频谱滤波器的输出端，获取分离出的布里渊散射信号，分析得到光纤沿线的应变分布；相位敏感光时域反射计，连接所述频谱滤波器的输出端，获取分离出的瑞利散射信号，分析得到光纤沿线的振动及幅度大小分布。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述传感光纤固定设置于待测电缆内部。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述传感光纤固定设置于待测电缆外表面。
[0011]本专利技术实施例还提供了一种电缆振动与应变监测方法，应用于如上述所述的电缆振动与应变监测装置，包括：令传感光纤依附于待测电缆上；将窄线宽脉冲光源发出的光源，分为初始参考信号和初始探测信号；基于声光效应，对所述初始探测信号进行调制，获取调制后的探测信号；调制后的
探测信号经过所述传感光纤，生成后向散射传感检测光；基于电光效应，对所述初始参考信号进行调制，生成调制后的参考信号；并将调制后的参考信号与所述后向散射传感检测光进行相干检测，获取包含待测电缆位置信息的差频信号；获取所述后向散射传感检测光与所述差频信号的电信号，根据光信号频差，从中分离出布里渊散射信号与瑞利散射信号；根据布里渊散射信号，获取待测电缆光纤沿线的应变分布；根据瑞利散射信号，获取待测电缆光纤沿线的振动及幅度大小分布。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述获取所述后向散射传感检测光与所述差频信号的电信号，根据光信号频差，从中分离出布里渊散射信号与瑞利散射信号，包括：利用光电探测器，基于后向散射传感检测光与差频信号，获取其对应的电信号；利用频谱滤波器，根据布里渊散射信号与瑞利散射信号之间的频差，从电信号中分离得到布里渊散射信号与瑞利散射信号。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述根据布里渊散射信号，获取待测电缆光纤沿线的应变分布，包括：利用相干检测方式，检测所述布里渊散射信号，并利用洛伦兹拟合，获取布里渊散射信号的中心频率；基于所述中心频率，获取待测电缆光纤沿线的应变分布。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述根据瑞利散射信号，获取待测电缆光纤沿线的振动及幅度大小分布，包括：利用直接检测方式，检测所述瑞利散射信号，并利用傅里叶变换分析，获取待测电缆光纤沿线的振动及振幅大小分布。
[0015]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的电缆振动与应变监测装置，利用单个窄线宽激光器与单个传感光纤的双机理分布式传感，从窄线宽脉冲激光器产生的激光信号中，根据散射信号的频差，利用频谱滤波器分离出布里渊散射信号和瑞利散射信号，利用布里渊光时域反射计与相位敏感光时域反射计分别检测布里渊散射信号与瑞利散射信号，进而分析获取待测电缆的振动及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电缆振动与应变监测装置，其特征在于，包括：传感光纤，依附于待测电缆，使其自身的振动状态及应变状态与待测电缆一致；窄线宽激光器，用于发出窄线宽脉冲光源；第一分光器，其输入端连接所述窄线宽激光器，用于将所述窄线宽脉冲光源分为两路，分别为初始探测信号与初始参考信号；探测信号处理模块，连接所述第一分光器输出端，用于将所述初始探测信号利用预设调制信号调制成脉冲信号，并放大脉冲信号的功率，输出调制后的探测信号；环形器，其第一端口连接所述探测信号处理模块的输出端，用于将所述调制后的探测信号从其第二端口传入所述传感光纤，将传感光纤产生的后向散射传感检测光，返回其第二端口，并从第三端口输出；第二分光器，其输入端连接所述环形器第三端口，用于将环形器第三端口输出的后向散射传感检测光分为两路，分别为第一输出信号与第二输出信号；第一光电探测器，连接所述第二分光器输出端，用于对所述第一输出信号进行探测，获取所述后向散射传感检测光的电信号；参考信号处理模块，连接所述第一分光器输出端，用于调制所述初始参考信号的相位、频率及偏振，输出调制后的参考信号；耦合器，其输入端连接参考信号处理模块与第二分光器的输出端，获取所述调制后的参考信号与所述第二输出信号并进行相干检测，得到包含待测电缆位置信息的差频信号；第二光电探测器，连接所述耦合器的输出端，对所述差频信号进行探测，获取差频信号的电信号；数据采集模块，连接所述第一光电探测器与所述第二光电探测器的输出端，获取后向散射传感检测光的电信号与差频信号的电信号，并分离出布里渊散射信号与瑞利散射信号，分别进行分析得到光纤沿线的应变分布，振动及幅度大小分布。2.根据权利要求1所述的电缆振动与应变监测装置，其特征在于，所述探测信号处理模块包括：声光调制器，连接所述第一分光器输出端，基于声光效应，利用预设调制信号调制所述初始探测信号；脉冲发生器，连接所述声光调制器，为所述声光调制器提供预设电子驱动信号；光脉冲放大器，其输入端连接所述声光调制器的输出端，用于放大调制后的初始探测信号的脉冲功率，并降低光纤非线性效应，输出探测信号。3.根据权利要求1所述的电缆振动与应变监测装置，其特征在于，所述参考信号处理模块包括：电光调制器，其输入端连接所述第一分光器的输出端，利用电光效应调制所述初始参考信号的相位、频率与偏振；微波驱动器，连接所述电光调制器，用于驱动所述电光调制器生成预设带宽；扰偏器，其输入端连接所述电光调制器的输出端，消除电光调制器输出信号的偏振损害；单边带滤波器，其输入端连接所述扰偏器的输出端，对扰偏器的输出信号进行滤波，输出参考信号。
4.根据权利要求1所述的电缆振...

【专利技术属性】
技术研发人员：药炜，张彬彬，王章军，柳杰，王刚，梁健，王凯，张俊兵，葛令源，魏荣，
申请(专利权)人：上海霍开光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：