CN102162750A - 全光路对称型可定位全光纤振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光路对称型可定位全光纤振动传感器，属于光纤振动传感技术领域，其主要技术特征为：光源发出的光被分路器分为两路进入光纤耦合器的两侧，两个光探测模块位于光纤耦合器的两侧，传感光纤的两端连接光纤耦合器两侧的一个端口，延迟光纤的两端也连接光纤耦合器两侧的一个端口。解决了现有技术中在做振动检测时无法判断振动事件发生的位置的技术问题。可更好的消除由于器件温度漂移等因素对系统造成的影响，使系统具有更佳的灵敏度和稳定性。

Description

全光路对称型可定位全光纤振动传感器

技术领域

本发明涉及分布式光纤振动传感技术领域，尤其涉及可定位型分布式光纤振动传感技术领域。

背景技术

光纤振动传感器由于其探测距离长、响应速度快、灵敏度高，特别是自身不辐射电磁波也不受电磁干扰等本质安全的优点，已经在安防监控等领域得到了广泛的应用。

目前，干涉型传感器主要基于以下几类技术：Sagnac干涉技术、M-Z(Mach-Zehnder)干涉技术、Michelson干涉技术和Fabry-Peort干涉技术。干涉型传感器主要用来做振动检测，但这种技术在做振动检测时无法判断振动事件发生的位置，这给安防监控应用带来很大的不便。为此本发明提出了一种新型定位式光纤振动传感器，该传感器可对振动事件发生的位置进行判断。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种全光路对称型可定位全光纤振动传感器，该传感器可对振动事件发生的位置进行判断。

本发明的目的是这样实现的：一种全光路对称型可定位全光纤振动传感器，包括光源、分路器、光纤耦合器、光探测模块、传感光纤和延迟光纤，其特征在于，光源发出的光被分路器分为两路进入光纤耦合器的两侧，两个光探测模块位于光纤耦合器的两侧，传感光纤的两端连接光纤耦合器两侧的一个端口，延迟光纤的两端也连接光纤耦合器两侧的一个端口。

分路器可以是光纤环形器或者光纤耦合器等具有分光功能的器件。

按照上述结构的全光路对称型可定位全光纤振动传感器，光源发出的光经过分路器分为两路，分别进入光纤耦合器左右两侧，其中，从光纤耦合器右侧进入的光线会在右侧的光探测模块形成干涉现象，从光纤耦合器左侧进入的光线会在左侧的光探测模块形成干涉现象。

当外界有振动信号作用于传感光纤时，就会引起传感光纤折射率变化，进而引起光波相位的变化。待检测的振动信号主要为外界缓变压力信号和异常扰动信号，这两种信号实质上都是对传感光纤产生压力作用。当光纤受到压力作用时，其折射率变化为：

$\mathrm{\Δn}=\frac{n^3{p}_{e}P}{2E}$

其中P为压力，p_e为光弹系数，E为石英的杨氏模量。由折射率变化引起光波的相位变化相应的为：

$\mathrm{\Δ\φ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}L\·\mathrm{\Δn}$

其中λ为光波波长，L为传感光纤长度。

探测器检测到的光强信号则可以写成：

其中I₁、I₂是干涉仪两个互易性光路传感光纤中的传输光强，

表示扰动信号作用于传感光纤上两路光路产生的调制相位差(Δφ₁-Δφ₂)，

为两路光的初始相位差。

如图1所示，当外界振动信号作用于传感光纤时，光线分别向左右两个方向传输至左右两个光探测模块。检测比较两个光探测模块检测到明显干涉条纹时间差即可判断振动事件发生的位置。假设振动点距离光纤耦合器左侧端口L1米，所需要的时间为t1，距离光纤耦合器右侧端口L2米，所需要的时间为t2。定位计算公式为：

L1+L2＝L

L1-L2＝ΔtV

最终得到

$L1=\frac{L-\mathrm{\ΔtV}}{2}$

式中L为传感光纤总长度；Δt为两路传感光到达探测器的时间差，Δt＝t2-t1；

V为光在光纤中的传输速度。

根据上述公式及即可得到振动点的位置，从而实现全光纤振动传感器的定位。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种全光路对称型可定位全光纤振动传感器，该传感器可对振动事件发生的位置进行判断。本传感器根据互易性干涉光路设计，可更好的消除由于器件温度漂移等因素对系统造成的影响，使系统具有更佳的灵敏度和稳定性。此外，本装置干涉光路采用的光学元器件，具有结构简单、体积小、重量轻、便于安装、成本低等特点。

附图说明

图1是本发明所述实施方式一。

图2是本发明所述实施方式二。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤。

实施例1：如图1，光源1和2×2光纤耦合器2相连，2×2光纤耦合器2的两个输出端分别连接在4×4光纤耦合器3的两侧端口，光探测模块6和光探测模块7分别位于4×4光纤耦合器3的两侧，传感光纤5的两端连接4×4光纤耦合器3两侧的一个端口，延迟光纤4的两端连接4×4光纤耦合器3两侧的一个端

光源1发出的光经过2×2光纤耦合器2分为两路分别进入4×4光纤耦合器3左右两侧，其中，从4×4光纤耦合器3右侧进入的光线会在光探测模块7处形成干涉现象，从4×4光纤耦合器3左侧进入的光线会在光探测模块6处形成干涉现象。

当外界有振动信号作用于传感光纤5时，就会引起传感光纤5折射率变化，进而引起光波相位的变化。待检测的振动信号主要为外界缓变压力信号和异常扰动信号，这两种信号实质上都是对传感光纤5产生压力作用。

当外界振动信号作用于传感光纤5时，光线分别向左右两个方向传输至光探测模块6和光探测模块7。检测比较两个光探测模块检测到明显干涉条纹时间差即可判断振动事件发生的位置。假设振动点距离4×4光纤耦合器3左侧端口L1米，所需要的时间为t1，距离4×4光纤耦合器3右侧端口L2米，所需要的时间为t2。定位计算公式为：

L1+L2＝L

L1-L2＝ΔtV

最终得到

$L1=\frac{L-\mathrm{\ΔtV}}{2}$

式中L为传感光纤4总长度；Δt为两路传感光到达探测器的时间差，Δt＝t2-t1；

V为光在光纤中的传输速度。

根据上述公式及即可得到振动点的位置，从而实现全光纤振动传感器的定位。

实施例2：如图2所示，光源1和2×2光纤耦合器2相连，2×2光纤耦合器2的一个输出端连接在光纤耦合器8的输入端，另一个输出端连接在光纤耦合器9的输入端，光探测模块6和光探测模块7分别连接在光纤耦合器8和光纤耦合器9的输入端，光纤耦合器8和光纤耦合器9的输出端连接在3×3光纤耦合器3的两侧端口，传感光纤5的两端连接3×3光纤耦合器3两侧的一个端口，延迟光纤4的两端连接3×3光纤耦合器3两侧的一个端口。

本实施例所述的全光路对称型可定位全光纤振动传感器的定位原理和具体计算同上述实施例1。

本传感器根据互易性干涉光路设计，可更好的消除由于器件温度漂移等因素对系统造成的影响，使系统具有更佳的灵敏度和稳定性。此外，本装置干涉光路采用的光学元器件，具有结构简单、体积小、重量轻、便于安装、成本低等特点。

Claims (5)

1.一种全光路对称型可定位全光纤振动传感器，包括光源、分路器、光纤耦合器、光探测模块、传感光纤和延迟光纤，其特征在于，光源发出的光被分路器分为两路进入光纤耦合器的两侧，两个光探测模块位于光纤耦合器的两侧，传感光纤的两端连接光纤耦合器两侧的一个端口，延迟光纤的两端也连接光纤耦合器两侧的一个端口。

2.根据权利要求1所述的全光路对称型可定位全光纤振动传感器，其特征在于，所述的分路器的两个输出端直接连接在光纤耦合器两侧的输入端口，两个光探测模块也直接连接到光纤耦合器两侧的输入端口，光纤耦合器为4×4光纤耦合器。

3.根据权利要求1所述的全光路对称型可定位全光纤振动传感器，其特征在于，所述的分路器的两个输出端分别连接一个光纤耦合器，两个光探测模块也连接到这两个光纤耦合器的输入端，这两个光纤耦合器的输出端连接到3×3光纤耦合器两侧的一个端口。

4.根据权利要求1所述的全光路对称型可定位全光纤振动传感器，其特征在于：所述的分路器可以是光纤耦合器、环形器等具有分光功能的光学器件。

5.根据权利要求1所述的全光路对称型可定位全光纤振动传感器，其特征在于：所述的发射装置可以是反射镜或者光纤端面镀反射膜等具有反射功能的装置。

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