一種分布式光纖振動傳感系統的制作方法

本發明涉及光纖傳感領域，尤其涉及分布式光纖振動定位傳感領域。

背景技術：

光纖具有抗電磁干擾性強，環境適應性強，耐水耐腐蝕等優異的性能。因此，光纖傳感可以用來測量很多物理量，比如振動、壓力、應變、溫度等。近些年來，分布式光纖振動定位傳感系統被廣泛應用于國防、民用和商用機密等安全防范領域。

基于相位敏感的光時域反射技術的光纖振動定位傳感系統具有定位精度高、定位簡單、探測距離長等優點，但是該系統輸出的有用信號功率較低，對光學器件要求很高，而且其原理限制了系統對振動的頻率響應。基于M-Z干涉、Michelson干涉等傳統光干涉的分布式光纖振動定位傳感系統則很難實現兩路干涉信號的零光程差，對光源的相干性要求較高。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術中的缺陷，提供一種分布式光纖振動傳感系統，不僅緩解了系統對光學器件要求較高的不足，而且系統輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，并且具有很寬的頻率響應，可以探測定位光纖上任一點的振動。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：一種分布式光纖振動傳感系統，包括第一激光器，所述的第一激光器的輸出端連接第一環行器，其特征在于：所述的第一環行器連接第一耦合器，所述的第一耦合器連接第一光纖布拉格光柵，所述的第一光纖布拉格光柵連接傳感光纖，所述的傳感光纖與第二光纖布拉格光柵連接，所述的第二光纖布拉格光柵與第二耦合器連接，所述的第二耦合器與第二環行器連接，所述的第二環行器與第二激光器連接，所述的第一環行器和所述的第二環行器的輸出端均與數據采集模塊連接，所述的數據采集模塊與數據處理模塊連接。

所述的第一激光器發出中心波長為1550nm的激光，所述的第二激光器發出中心波長為1310nm的激光。

所述的第一光纖布拉格光柵的反射中心波長為1310nm，所述的第二光纖布拉格光柵的反射中心波長為1550nm。

所述的第一耦合器和所述的第二耦合器為3dB的耦合器。

本發明采取上述結構測量振動，可以實現對傳感光纖附近振動的精準定位，并且具有寬頻率響應、探測簡單等優點。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

圖1為本發明的的結構示意圖。

圖中的附圖標記分別為：1、第一激光器；2、第一環行器；3、第一耦合器；4、第一光纖布拉格光柵；5、傳感光纖；6、第二光纖布拉格光柵；7、第二耦合器；8、第二環行器；9、第二激光器；10、數據采集模塊；11、數據處理模塊。

具體實施方式

如圖1所示，分布式光纖振動傳感系統包括：第一激光器1、第一環行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5、第二光纖布拉格光柵6、第二耦合器7、第二環行器8、第二激光器9、數據采集模塊10和數據處理模塊11。第一激光器1與第一環行器2連接，第一環行器2與第一耦合器3連接，第一耦合器3與第一光纖布拉格光柵4連接，第一光纖布拉格光柵4與傳感光纖5連接，傳感光纖5與第二光纖布拉格光柵6連接，第二光纖布拉格光柵6與第二耦合器7連接，第二耦合器7與第二環行器8連接，第二環行器8與第二激光器連接9，數據采集模塊10分別采集第一環行器2與第二環行器8處產生的干涉信號并將其轉換為數字信號，數據采集模塊10與數據處理模塊11連接。

第一激光器1發出的激光中心波長為1550nm，第二激光器9發出的激光中心波長為1310nm。第一光纖布拉格光柵4的反射中心波長為1310nm，第二光纖布拉格光柵6的反射中心波長為1550nm。第一耦合器3和第二耦合器7均為3dB耦合器。第一激光器1發出的激光經第一環行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5后傳遞到第二光纖布拉格光柵6，并在第二光纖布拉格光柵6反射后，在第一環行器2處產生干涉；同理，第二激光器9發出的激光經第二環行器8、第二耦合器7、第二光纖布拉格光柵6、傳感光纖5后傳遞到第一光纖布拉格光柵4，并在第一光纖布拉格光柵4反射后，在第二環行器8處產生干涉。當擾動作用于傳感光纖5時，由于光彈效應，擾動會對光纖產生相位調制，而調制信息到達第一環行器2和第二環行器8存在時間差，利用此時間差即可進一步計算出擾動在傳感光纖附近的位置。數據采集模塊10采集第一環行器2和第二環行器8輸出的干涉信號，并將其轉換為數字信號，然后計算這兩組干涉信號的互相關系數，得出互相關系數最大對應的采樣點數差，進而根據數據采集模塊的采樣頻率計算出時間差，實現對振動的定位。

上述分布式光纖定位傳感系統的振動傳感方法包括如下具體步驟：

步驟1、開啟第一激光器和第二激光器，數據采集模塊采集第一環行器和第二環行器輸出的干涉信號，并將其轉換為數字信號，分別記為d₁(m)和d₂(m)，其中m表示采樣點數，兩路數字信號輸送給數據處理模塊；

步驟2、數據處理模塊計算步驟1中接收到的兩路干涉數字信號的互相關系數，得dcorr(Δm)＝corrcoef(d₁(m+Δm),d₂(m))，其中corrceof(*,*)表示互相關系數運算，Δm＝-m,-m+1,-m+2,...,m；

步驟3、找出互相關系數dcorr(Δm)最大時對應的Δm，進而計算出時間差Δt＝Δm/v；

步驟4、根據步驟3中的Δt，即可計算出擾動與第一光纖布拉格光柵的距離為

步驟3中v為數據采集模塊的采樣頻率；

步驟4中L為傳感光纖的總長度，n為傳感光纖纖芯折射率，c為真空中光速。

本實用新型的一種分布式光纖振動定位傳感系統，不僅緩解了系統對光學器件要求較高的不足，而且系統輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，并且具有很寬的頻率響應，可以探測定位光纖上任一點的振動。

上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。