本发明专利技术公布了基于相位解调的超大动态范围分布式光纤传感装置及方法。其中包括光源，耦合器，声光调制器，光放大器，环形器，探测器，自动增益控制装置，调制器驱动装置，锁相放大器，传感光缆，信号处理以及信号输出装置。本发明专利技术采用了自动增益控制装置，可以实现大动态范围的信号检测；采用了锁相放大器的相位解调检测装置，降低了强度噪声的影响，可以实现了高灵敏度，高带宽振动信号检测，从而可以实现大动态范围分布式振动传感。本发明专利技术的有益效果为可实现具有如下优势的长距离分布式传感：动态范围大，定位精度高，干涉传感灵敏度高，检测振动信号的带宽大，可多点定位，检测距离长等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感以及安全防护领域，尤其涉及基于相位解调的超大动态范围的分布式光纤传感装置及方法。
技术介绍
1993 年，Φ-OTDR(Phase sensitive Opitcal Time Domain Reflector,相敏时域反射仪)技术由美国农机大学Taylor教授专利技术(US5194847)。该技术自专利技术以来，受到各国分布式传感研究人员以及公司的关注。Φ-OTDR技术是通过检测强度，来间接的实现对入侵信号的检测。对于Φ-OTDR技术，如果要实现80Km的长距离分布式传感，以O. 2dB/Km的损耗计算，总共需要检测电路具有32dB的动态范围。如果检测距离更长，则需要更大的动态范围。这就对检测方法提出了非常高的要求。对于这个问题，一些专利也已经提出了一些方法，如华魏公司申请专利CN101603856A，利用N个光开关实现大动态范围的测量，但是这种方法需要N路光电探测器，导致光路系统复杂，大大提高了成本。华魏公司申请专利 CN101625264A，虽然利用对数放大器提高检测范围，但是后续仍然需要用控制增益的办法实现检测，无法实现自动增益调整。事实上，入侵改变的是光在光纤中传输的相位。而传统Φ-OTDR技术直接通过光强来近似获得光相位的变化，容易受光强自身波动以及激光器强度噪声(Relative Intensity noise, RIN)的影响。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供了一种动态范围大的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的基于相位解调的分布式光纤传感装置，包括依次连接的光源和传感光纤；所述传感装置进一步包括第一耦合器，所述第一耦合器用于将光源发出的光分别耦合进光调制器、第二耦合器；光调制器，所述光调制器用于将连续光调整为脉冲光和/或调整光的频率，调整后的光进入所述传感光纤；驱动模块，所述驱动模块的输出端分别连接所述光调制器、锁相放大器；第二耦合器，所述第二耦合器用于将传感光纤中的散射光、第一耦合器传送来的光耦合到探测器；探测器，所述探测器用于将接收到的散射光信号转换为电信号，并传送到自动增益控制模块；自动增益控制模块，所述自动增益控制模块用于将所述电信号调整为相对等幅度的信号，并传送到锁相放大器；锁相放大器，所述锁相放大器用于解调所述相对等幅度的信号，参考信号来自所述驱动模块；信号处理模块，所述信号处理模块用于处理所述锁相放大器传送来的信号，用于获知所述传感光纤感知的信息。根据上述的分布式光纤传感装置，优选地，所述自动增益控制模块进一步包括增益受控放大子模块，所述增益受控放大子模块的输入端连接所述探测器，输出端分别连接所述锁相放大器的输入端、受控电压成形子模块的输入端；受控电压成形子模块，所述受控电压成形子模块的输出端连接所述增益受控放大子模块的输入端。根据上述的分布式光纤传感装置，可选地，所述传感装置进一步包括环形器，所述光调整器的出射光通过环形器进入所述传感光纤，并将所述传感光纤中的散射光信号传输到所述第二耦合器。根据上述的分布式光纤传感装置，优选地，所述光源为连续光源。根据上述的分布式光纤传感装置，优选地，所述光调制器为声光调制器。本专利技术的目的是还通过以下技术方案来实现基于相位解调的分布式光纤传感方法，所述方法包括以下步骤(Al)光源发出的光一部分通过第一耦合器进入光调制器，另一部分进入第二耦合器；(A2)所述光调制器在驱动模块作用下将连续光调制为脉冲光和/或调整脉冲光的频率，调整后的光进入传感光纤；(A3)第二耦合器将所述传感光纤中的散射光、第一耦合器传送来的光耦合进探测器，所述散射光、第一耦合器传送来的光间发生干涉；(A4)探测器将光信号转换为电信号，并传送到自动增益控制模块；(A5)自动增益控制模块将所述电信号调整为相对等幅度的信号，并传送到锁相放大器；(A6)锁相放大器解调所述相对等幅度的信号，参考信号来自所述驱动模块；(A7)信号处理模块处理所述锁相放大器传送来的信号，从而获知所述传感光纤感知的信息。根据上述的方法，优选地，所述光源为窄线宽激光器。根据上述的方法，可选地，所述方法进一步包括以下步骤(BI)所述光调制器的输出光通过环形器进入所述传感光纤，并将所述传感光纤中的散射光信号传输到所述第二耦合器。根据上述的方法，可选地，所述方法进一步包括以下步骤(Cl)判断模块判断所述信号处理模块传送来的振动是否超出阈值，若超过阈值， 则提示报警。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果本专利技术是在原先Φ-OTDR技术的基础上，提出了利用锁相放大器进行相位解调的办法，实现了对光相位的实时解调。利用该方法可以减少激光器的强度噪声(RIN)，减少由于各种原因引起的幅度变化导致的噪声，大大提高了信噪比。与此同时，采用了自动增益控制装置，可以满足长距离测试中所需的大动态范围，并且结构简单。基于以上改进，最终实现了基于相位解调的超大动态范围的分布式测量。动态范围大，定位精度高，干涉传感灵敏度高，检测振动信号的带宽大，并且能可多点定位等。附图说明参照附图，本专利技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本专利技术的技术方案，而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。 图中图I是本专利技术实施例I的分布式光纤传感装置的基本结构图；图2是本专利技术实施例I的方法的流程图；图3是本专利技术实施例2的分布式光纤传感装置的基本结构图；图4是本专利技术实施例2的方法的流程图。具体实施例方式图1-4和以下说明描述了本专利技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本专利技术。为了教导本专利技术技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本专利技术的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本专利技术的多个变型。由此，本专利技术并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例I :图I示意性地给出了本专利技术实施例的基于相位解调的分布式光纤传感装置的基本结构图，如图I所示，所述传感装置包括依次连接的光源和传感光纤；所述光源可采用激光器，如窄线宽的连续式半导体激光器；所述传感装置进一步包括第一耦合器，所述第一耦合器用于将光源发出的光分别耦合进光调制器、第二耦合器；光调制器，所述光调制器用于将连续光调整为脉冲光和/或调整光的频率，调整后的光进入所述传感光纤；优选地，所述光调制器采用声光调制器。驱动模块，所述驱动模块的输出端分别连接所述光调制器、锁相放大器，用于向光调制器发出调制信号，向锁相放大器提供参考信号；第二耦合器，所述第二耦合器用于将传感光纤中的散射光、第一耦合器传送来的光耦合到探测器；传感光纤中的散射光、第一耦合器传送来的光间发生干涉；探测器，所述探测器用于将接收到的散射光信号转换为电信号，并传送到自动增益控制模块；自动增益控制模块，所述自动增益控制模块用于将所述电信号调整为相对等幅度的信号，并传送到锁相放大器；优选地,所述自动增益控制模块进一步包括增益受控放大子模块，所述增益受控放大子模块的输入端连接所述探测器，输出端分别连接所述锁相放大器的输入端、受控电压成形子模块的输入端；受控电压成形子模块，所述受控电压成形子模块的输出端连接所述增益受控放大子模块的输入端。由于探测器的输出直接与增益受控电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：毛慧，
申请(专利权)人：杭州安远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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