【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤振动传感，具体提供一种基于相位调制的光纤振动测量装置。
技术介绍
1、光纤振动测量作为光纤传感技术中的一个重要的应用形式，因其具有灵敏度高、动态范围大、频响带宽宽等优点，在如周界安防、资源勘探、结构安全监测等领域具有广泛的应用。光纤振动测量的基本原理是基于光学干涉效应，在分布式振动传感方案中是基于瑞利散射信号的干涉，而在准分布式以及单点式振动传感方案中则是基于反射点间的信号干涉。待测振动信号首先线性地引起光相位的变化，相位的变化通过光学干涉可转化为光信号的幅度波动。这样一来，便可从光信号在幅度的变化解调出光信号的相位变化并因此得到待测振动信号。
2、光纤振动传感技术具有高灵敏度、大动态范围、宽频响范围、可以实现阵列化和网络化等特点。1977年，美国海军实验室(naval research laboratory,nrl)的bucaro等人首次提出了干涉型光纤水声传感器[j.a.bucaro.fiber-optic hydrophone.the journal ofthe acoustical society of america，1977,62(5):1302～1304]，干涉型光纤水声传感器所具备的灵敏度的优势使其迅速地应用于军事与民用领域。根据检测解调方式，当前光纤水声传感技术可以分为外差型和零差型。经过几十年的发展，当前光纤水声传感技术在灵敏度、动态范围、频响带宽、复用实现阵列化网络化等方面取得了长足进步。
3、外差型振动传感器具有低频响应好、动态范围大等方面的优点。不过，外差型振动传感
4、零差干涉型振动传感器又可进一步分为两种：一种是基于相位生成载波(phasegenerated carrier,pgc)的传感结构，另一种是基于3×3耦合器的传感结构。其中，基于pgc的传感结构是通过外加载波对信号做调制，待测信号位于调制信号的边带上。根据外加载波的引入方式，对信号的调制分为外调制与内调制两种，其中，外调制是在湿端引入压电陶瓷(piezoelectric ceramics,pzt)，内调制则是在干端使用可调谐光源进行光调制。不过，两种调制方式都需要精确地调节生成载波的载频以保证调制深度满足特定的条件。此外，由于pgc结构引入的载波的频率较低，因此限制了光纤振动传感器的频响带宽与动态范围的上限。
5、基于3×3耦合器的传感结构属于一种无源零差的系统，其具有湿端无源、高灵敏度、宽频响带宽与高动态范围等方面的优点。在基于3×3耦合器的传感结构中，经过3×3耦合器的三路信号之间的相位依次相差120°，通过同时接收采集三路信号，同步得到三路干涉输出信号。由于待测振动信号同时加载在3×3耦合器输出的三路干涉信号的相位中，无法直接通过幅度监测获取，因此，需要根据三路信号间的数学关系，设计合理的解调算法解调得到振动信号。
6、早在1982年，美国海军研究实验室的k.p.koo等人在3×3耦合器干涉仪分析的基础上，提出了微分交叉相乘方案[k.p.koo,a.b.tveten,a.dandridge.passivestabilization scheme for fiber interferometers using(3×3)fiber directionalcouplers[j].applied physics letters,1982,41(7):616～618]。该方案需要使用两路干涉输出信号做解调，基于此可实现大动态范围与微弧度的检测。在1991年，brown首次提出了一种基于3×3耦合器的对称解调算法[brown,davida,cameron,c.b,keolian,robertm.a symmetric 3x 3coupler based demodulator for fiber optic interferometricsensors[j].fiber optic and laser sensors ix.spie,1991:328]。该方案是利用三路信号之和来消除直流分量，再利用三路信号的平方和来消除强度波动带来的影响，最终得到输出信号。在1999年，todd等人提出了基于对称3×3耦合器的反正切解调算法[m.d.todd,g.a.johnson and c.c.chang.passive,light intensity-independent interferometricmethod for fibre bragg grating interrogation,electron.lett.,1999,35(22),1970～1971]。该算法利用反正切运算即可完成信号的解调，较对称解调算法更加简便。在2007年，tingting liu等人建立了3×3耦合器的数学模型，给出了耦合器输出的普适性表达式，基于任意两路输出信号做椭圆拟合，获得待测振动信号相关参数[liu t,cui j,chen d,etal.a new demodulation technique for optical fiber interferometric sensorswith[3×3]directional couplers,中国光学快报(英文版),2008,006(001),12～15]。在2019年，高晓文等人提出了一种改进的3×3解调算法[高晓文,张自丽,叶博,葛辉良.一种改进的光纤振动传感器3×3耦合器解调算法,声学与电子工程,2019,(03):15～19]。该算法在传感臂上加载大信号并对信号进行预处理，有效地抑制了由于耦合器分光比的不均匀所引起的信号畸变，降低了对耦合器分光比的要求。
7、不过，基于3×3耦合器的振动传感器虽然在干端不需要复杂调制，但是3×3耦合器结构存在一些固有的缺陷，比如偏振态敏感、3路分光不均匀、3×3耦合器各输出信号间相位差不一致、多余尾纤处理相对复杂等。此外，接收端还需要多个光电探测器做光电转换以及需要多通道采集卡做同步采集，不便于时分复用构成传感器阵列。再者，由于不同光电探测器响应度的随机性，还因此增加了基于3×3耦合器的振动传感器的噪声和成本。
8、相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
1、本申请旨在至少一部分地解决上述技术问题，具体而言，本申请提供了一种基于相位调制的光纤振动测量装置和方法，旨在利用相位调制技术，解决目前采用基于3×3耦合器的光纤振动传感器的方案存在的如3×3耦合器的固有缺陷、解调结构相对复杂等问题，同时兼容时分复用，解决传感器组阵组网的问题。
2、有鉴于此，本申请提供了一种相位调制的光纤振动测量装置，该装置包括：装置包括：信号发送端，其包括：光脉冲产生组件，其用于产生光脉冲信号；相位调制器，其用于将光脉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光脉冲产生组件包括：
3.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光源为窄线宽光源。
4.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光强度调制器为声光调制器或者半导体放大器。
5.根据权利要求3所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述相位调制器与所述光强度调制器集成设置或者级联设置。
6.根据权利要求5所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光强度调制器与所述相位调制器为集成设置的I/Q调制器。
7.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光脉冲产生组件包括隔离器，所述隔离器设置于所述光源和所述光强度调制器之间，用于防止光信号的反射光反射回所述光源。
8.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述相位调制器为电光相位调制器、磁
9.根据权利要求3所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述窄线宽光源、所述光脉冲产生组件与所述相位调制器之间通过保偏光纤连接。
10.根据权利要求1所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述信号发送端包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光脉冲产生组件包括：
3.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光源为窄线宽光源。
4.根据权利要求2所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光强度调制器为声光调制器或者半导体放大器。
5.根据权利要求3所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述相位调制器与所述光强度调制器集成设置或者级联设置。
6.根据权利要求5所述的基于相位调制的光纤振动测量装置，其特征在于，所述光强度调制器与所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王目光，李琦，李东辉，王健，范国芳，武蓓蕾，王子潇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。