一种前向传输分布式光纤振动传感器及其信号解调方法技术

本发明专利技术公开了一种前向传输分布式光纤振动传感器及其信号解调方法，该光纤振动传感器包括：光源、光纤耦合器，第一光纤环形器、第二光纤环形器、第一偏振调制组件、第二偏振调制组件、第一光电探测器和第二光电探测器，以及对第一光电探测器和第二光电探测器中探测得到的电信号进行处理得到待测光纤上振动信息的信息处理装置。本实施例公开的分布式光纤振动传感器由于不受瑞利反向散射噪声的影响，具有更大的光功率，更高的信噪比，且较少的非线性效应，具有传感距离长、低成本和良好的稳定性，可以实现对振动信号的精确解调。可以实现对振动信号的精确解调。可以实现对振动信号的精确解调。

【技术实现步骤摘要】
一种前向传输分布式光纤振动传感器及其信号解调方法


[0001]本申请涉及传感器
，特别是涉及一种前向传输分布式光纤振动传感器及其信号解调方法。

技术介绍

[0002]目前，海底分布大量的光缆，其分布广，为互联网的隐藏基础设施。基于海洋地震和海底可燃气体水合物开采引起的对沿海城市、海洋生物、石油钻井的影响，利用光缆实现对海底的大面积远程监测成为研究的热点。
[0003]现有技术中公开了一种分布式光纤传感技术，其利用光纤芯材料的限制引起本征折射率不均匀而导致光波产生瑞利散射，再结合脉冲时延定位，进而实现探测整个光纤沿线各个位置的损耗状态，实现分布式传感。但是传感光纤的后向瑞利散射光作为输入光信号进行强度解调，存在传感距离有限和检测精度不高的缺陷。
[0004]因此，现有技术有待改进。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于为用户提供一种前向传输分布式光纤振动传感器及其信号解调方法，克服现有技术中传感距离有限且检测精度不高的缺陷。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本实施例公开了一种前向传输分布式光纤振动传感器，其中，包括：
[0008]光源；
[0009]光纤耦合器，与所述光源通过光纤连接，用于将接收到的光源发出的光分成两束；
[0010]第一光纤环形器，与所述光纤耦合器的一侧相连接，用于将所述光纤耦合器分出的一束光作为顺时针方向的光传输至待测光纤，以及将从待测光纤中输入的另一束作为逆时针方向的光输出；
[0011]第二光纤环形器，与所述光纤耦合器的另一侧相连接，用于将所述光纤耦合器分出的一束光作为逆时针方向的光传输至待测光纤，以及将从所述待测光纤中输入的另一束作为顺时针方向的光束输出；
[0012]第一偏振调制组件，与所述第一光纤环形器相连接，用于对第一光纤环形器中输出的光束进行偏振调制；
[0013]第二偏振调制组件，与所述第二光纤环形器相连接，用于对第二光纤环形器中输出的光束进行偏振调制；
[0014]第一光电探测器，与所述第一偏振调制组件相连接，用于探测经所述第一偏振调制组件调制后输出光束所对应的电信号；
[0015]第二光电探测器，与所述第二偏振调制组件相连接，用于探测经所述第二偏振调制组件调制后输出光束对应的电信号；
[0016]信号处理装置，与所述第一光电探测器和第二光电探测器相连接，用于根据第一光电探测器和第二光电探测器中探测得到的电信号确定所述待测光纤上的振动信息。
[0017]可选的，所述第一偏振调制组件包括第一电动偏振控制器和第一起偏器；所述第二偏振调制组件包括第二电动偏振控制器和第二起偏器；
[0018]所述第一电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第一起偏器输出光束的之间的夹角成预设固定角度值；
[0019]所述第二电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第二起偏器输出光束的之间的夹角成预设固定角度值。
[0020]可选的，所述信号处理装置包括：示波器和PC端；
[0021]所述示波器，用于对接收到的电信号转化成数字信息进行显示；
[0022]所述PC端，用于对所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器输出光束的偏振态进行调控，以及对所述数字信息进行分析，确定所述待测光纤上的振动信息。
[0023]可选的，所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器均包括依次串联的第一四分之一波片、半波片和第二四分之一波片；所述PC端通过对第一四分之一波片、半波片和第二四分一波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，或对半波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，或对半波片和第二四分之一波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，实现对所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器上输出光束的偏振态调控。
[0024]第二方面，本实施例提供了一种前向传输分布式光纤振动传感器的信号调频方法，其中，应用于所述的前向传输分布式光纤振动传感器；所述方法包括：
[0025]信号处理装置分别接收第一光电探测器和第二光电探测器中探测到的电信号；
[0026]根据所述电信号控制所述第一偏振调制组件和第二偏振调制组件对输出光束进行调制；
[0027]根据调制后的第一光电探测器和第二光电探测器中探测到的电信号确定出待测光纤上的振动信息。
[0028]可选的，所述第一偏振调制组件包括：第一电动偏振控制器和第一起偏器；所述第二偏振调制组件包括：第二电动偏振控制器和第二起偏器；
[0029]所述根据所述电信号控制所述第一偏振调制组件和第二偏振调制组件对输出光束进行调制的步骤包括：
[0030]控制第一电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第一起偏器输出光束的之间的夹角成预设固定角度值；
[0031]以及，控制第二电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第二起偏器输出光束的之间的夹角成预设固定角度值。
[0032]可选的，所述根据调制后的第一光电探测器和第二光电探测器中探测到的电信号确定出待测光纤上的振动信息的步骤包括：
[0033]根据第一光电探测器和第二光电探测器探测到的电信号，得到第一电动偏振控制器调节输出光束的第一角度变化信号和第二电动偏振控制器调节输出光束的第二角度变化信号；
[0034]采用双端信号延迟定位法，确定所述第一角度变化信号和第二角度变化信号之间
的延时值，并根据所述延时值确定出所述待测光纤上的振动信息。
[0035]第三方面，本实施例提供了一种前向传输分布式光纤振动传感器的信号解调方法，其中，应用于所述的前向传输分布式光纤振动传感器；所述方法包括：
[0036]控制第一偏振调制组件接收到的输入光束与输出光束之间的角度呈周期性变化，以及控制第二偏振调制组件接收到的输入光束与输出光束之间的角度呈周期性变化；
[0037]分别获取第一光电探测器和第二光电探测器中探测得到的第一电压与时间对应信息和第二电压与时间对应信息；
[0038]根据所述第一电压与时间对应信息和第二电压与时间对应信息确定出所述待测光纤上的振动信息。
[0039]可选的，所述根据所述第一电压与时间对应信息和第二电压与时间对应信息确定出所述待测光纤上的振动信息的步骤包括：
[0040]分别对第一电压
‑
时间对应信息和第二电压
‑
时间对应信息依次进行以下处理；对电压
‑
时间对应信息中每个周期做快速傅里叶变换，得到频率和电压之间的对应关系，以及该周期内电压最大值对应的频率值、根据频率和电压之间的对应关系得到频率与相位之间的关系图，得到每个周期的初相位，以及根据每个周期的初相位得到时间与相位曲线，得到第一时间与相位曲线和第二时间与相位曲线；
[0041]根据所述第一时间与相位曲线、第二时间与相位曲线确定出待测光纤上的振动信息。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种前向传输分布式光纤振动传感器，其特征在于，包括：光源；光纤耦合器，与所述光源通过光纤连接，用于将接收到的光源发出的光分成两束；第一光纤环形器，与所述光纤耦合器的一侧相连接，用于将所述光纤耦合器分出的一束光作为顺时针方向的光传输至待测光纤，以及将从待测光纤中输入的另一束作为逆时针方向的光输出；第二光纤环形器，与所述光纤耦合器的另一侧相连接，用于将所述光纤耦合器分出的一束光作为逆时针方向的光传输至待测光纤，以及将从所述待测光纤中输入的另一束作为顺时针方向的光束输出；第一偏振调制组件，与所述第一光纤环形器相连接，用于对第一光纤环形器中输出的光束进行偏振调制；第二偏振调制组件，与所述第二光纤环形器相连接，用于对第二光纤环形器中输出的光束进行偏振调制；第一光电探测器，与所述第一偏振调制组件相连接，用于探测经所述第一偏振调制组件调制后输出光束所对应的电信号；第二光电探测器，与所述第二偏振调制组件相连接，用于探测经所述第二偏振调制组件调制后输出光束所对应的电信号；信号处理装置，与所述第一光电探测器和第二光电探测器相连接，用于根据第一光电探测器和第二光电探测器中探测得到的电信号确定所述待测光纤上的振动信息。2.根据权利要求1所述前向传输分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述第一偏振调制组件包括第一电动偏振控制器和第一起偏器；所述第二偏振调制组件包括第二电动偏振控制器和第二起偏器；所述第一电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第一起偏器输出光束之间的夹角成预设固定角度值；所述第二电动偏振控制器输出光束为线偏振光，且与第二起偏器输出光束之间的夹角成预设固定角度值。3.根据权利要求2所述的前向传输分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述信号处理装置包括：示波器和PC端；所述示波器，用于对接收到的电信号转化成数字信息进行显示；所述PC端，用于对所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器输出光束的偏振态进行调控，以及对所述数字信息进行分析，确定所述待测光纤上的振动信息。4.根据权利要求3所述的前向传输分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器均包括依次串联的第一四分之一波片、半波片和第二四分之一波片；所述PC端通过对第一四分之一波片、半波片和第二四分一波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，或对半波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，或对半波片和第二四分之一波片上输入光束与输出光束之间的角度进行调控，实现对所述第一电动偏振控制器和第二电动偏振控制器上输出光束的偏振态调控。5.一种前向传输分布式光纤振动传感器的信号解调方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的前向传输分布式光纤振动传感器；所述方法包括：
信号处理装置分别接收第一光电探测器和第二光电探测器中探测到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇徽，陈明，饶兴，王义平，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：