CN103411660B - 光纤分布式声波监测系统 - Google Patents

Abstract

一种光纤分布式声波监测系统，它是以调频DFB光纤激光器输出的窄线宽频率被调制的激光作为光纤分布式声波监测系统的光源，调频DFB光纤激光器输出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器调制成脉冲激光，依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器和传感光纤，会使单位脉冲激光在经过的单位长度传感光纤范围内激发出瑞利散射光，第二环形器输出信号经过第二光放大器进入到第二光滤波器并输出背向瑞利散射信号；将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉，干涉后的信号经第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块进入到光纤分布式声波监测解调系统中，完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

Description

光纤分布式声波监测系统

技术领域

本发明涉及一种光纤分布式声波监测系统。

背景技术

分布式光纤传感技术是应用光纤纵向特性进行测量的技术，它把被测参量作为光纤长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，为工业和研究领域提供了同时获得被测物理参量的空间分布状态和随时间变化信息的手段，在智能飞行器、智能桥梁、高速公路、重要建筑、煤气管道监测以及光缆监测等领域获得了广泛的应用。

目前，国内光纤分布式监测主要是用于在周界安防领域，确定扰动位置，例如Φ-OTDR（相位-光时域反射计）,只是利用单位脉冲内的背向瑞利散射光干涉不能解调出相应的相位信息，只能解调出相位变化引起的强度变化信息，不能实现扰动位置的扰动信号的相位信息的解调。

发明内容

基于以上的不足，提出了基于背向瑞利散射光干涉的光纤分布式声波监测，通过光路优化设计，实现某单位长度的背向瑞利散射和下一个单位长度的背向瑞利散射的干涉，通过相应的解调算法，解调出作用在某一时间段脉冲内的声波脉冲信息。

本方案所采取的技术措施是：一种光纤分布式声波监测系统，它是以调频DFB光纤激光器输出的窄线宽、频率被调制的激光作为光纤分布式声波监测系统的激光光源，其特征是调频DFB光纤激光器输出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，脉冲激光依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入到传感光纤，会使单位脉冲激光在经过的单位长度传感光纤范围内激发出瑞利散射光，第二环形器的C₂₃端输出信号经过第二光放大器进入到第二光滤波器并输出滤波放大后的背向瑞利散射信号；将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉，即将背向瑞利散射信号分为两路信号，一路进入延时光纤，将背向瑞利散射信号延时一个脉冲脉宽，即将第一时间段的第一单位长度的背向瑞利散射信号延时到第二时间段；另一路信号进入没有延时的光路；然后将两路信号进行干涉，完成与不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉；干涉后的信号经第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块进入到光纤分布式声波监测解调系统中；未经不同单位长度间干涉的背向瑞利散射信号直接进入到第一光电探测器，然后输出电信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

本方案的具体特点还有，调频DFB光纤激光器是指980nm的泵浦光源发出的光经过第一隔离器后进入到第一环形器C11端，第一环形器C12端接入非对称式相移光纤光栅，产生于非对称式相移光纤光栅且波长相同的激光从第一环形器C13端输出经第二隔离器进入到第一耦合器中，激光被分束分别进入到迈克尔逊干涉仪的两臂P2、P3端，通过P2端的激光经过相位调制器的相位载波调制后经第一法拉第旋转镜反射后返回与通过P3端并经第二法拉第旋转镜反射后返回的激光在第一耦合器的P4端汇合输出窄线宽且频率被调制的激光，用作光纤分布式声波监测系统的激光光源。

所述非对称式相移光纤光栅是利用紫外光在掺杂铒、铥、镱、镨的光敏光纤上刻写的一种特殊的光纤光栅，在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。在扫描曝光制作光纤光栅的过程中，当光栅长度和反射率均达到设定值时，控制相位掩膜板与光纤发生沿光纤轴向的相对运动，移动掩膜板之后继续曝光一定的长度，这样由于相位掩膜板位置的变化，使前后制作的两段光栅在连接位置产生相位的跃变，形成相移光纤光栅，此方法称为相位掩膜板移动法，此方法通过精确控制相位掩膜板和光纤的相对运动距离，使相移量精确控制在π；在C点π的相移，形成控制相位跃变位置偏离光纤光栅的中间位置使得一端光纤光栅的长度AC小于另一端光纤光栅的长度CB形成非对称式的相移光纤光栅，增加了DFB光纤激光器的出光功率，其结构特点是在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。它相当于激光器的工作物质和谐振腔，接上泵浦光源，就可以产生与相移光栅波长相同的激光（如图2）。

所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指第三耦合器的B₃₂，B₃₃和第四耦合器的B₄₁，B₄₂构成的有臂长差S的马赫-曾德干涉仪将不长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

所述第三耦合器的B₃₂，B₃₃和第四耦合器的B₄₁，B₄₂构成的有臂长差S的马赫-曾德干涉仪将不长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出滤波放大后的背向瑞利散射信号进入第二耦合器的B₂₁端，一路光进入从第二耦合器的B₂₂到达第一光电探测器，另一路光从第二耦合器的B₂₃端流出进入到第三耦合器的B₃₁端，经过第三耦合器分束到B₃₂端和B₃₃端，B₃₃端的光经过长度为L1的光纤进入到第四耦合器的B₄₁端， B₃₂端的光经过长度为L2的光纤进入到第四耦合器的B₄₂端，其中S=L1-L2，两束光在第四耦合器处发生干涉，干涉信号经过第四耦合器的B₄₃端进入到第二光电探测器，第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块送至光纤分布式声波监测解调系统中；第一光电探测器的输出信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指采用第五耦合器的B₅₃，B₅₄两端构成的有臂长差的迈克尔逊干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

所述采用第五耦合器的B₅₃，B₅₄两端构成的有臂长差的迈克尔逊干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号经过第二光放大器和第二光滤波器后进入第三环形器的C₃₁端，从第三环形器的C₃₂端流出进入到第五耦合器的B₅₁端，经过第五耦合器分束到B₅₃和B₅₄端， B₅₃和B₅₄两端构成有臂长差的迈克尔逊干涉仪，B₅₃端的光经过长度为L1的光纤经第三法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₃端，B₅₄端的光经过长度为L2的光纤经第四法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₄端，使得S=L1-L2，两束光在耦合器处完成干涉，干涉光自第五耦合器的B₅₂端输出至第二光电探测器，第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块送入光纤分布式声波监测解调系统；从第三环形器的C₃₃端流出直接进入第一光电探测器，由第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。

所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

所述采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号进入第六耦合器的B₆₁端，经过第六耦合器的分束，一路光进入到第四环形器的C₄₁端，由第四环形器的C₄₂端射出，进入到第七耦合器的B₇₁端，经过第七耦合器的分束，一路光由第七耦合器的B₇₃端射出经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处；另一路光由第七耦合器的B₇₄端射出经过延时光纤进入到第七耦合器的B₇₂端，再次进入到第七耦合器的B₇₃端，经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处，两路光在第七耦合器处完成干涉；干涉光经第七耦合器的B₇₁端射入第四环形器C₄₂端经C₄₃端射出送入第一光电探测器，第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。

本发明的有益效果是：所述发明使用相位掩膜板移动法精确控制相位掩膜板和光纤的相对运动距离，制作成非对称的π相移光纤光栅，非对称的π相移光纤光栅提高了出光功率，提高监测系统的信噪比，采用不同单位长度间的背向瑞利散射干涉实现了光纤分布式声波监测。实现了一条传感光纤分布式声波检测，将传感光纤周围的声场信息如幅值，频率、相位等实时监测。实现了一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉，采用了如图3和图8、图9所示的方案，采用干涉仪的方法，将背向瑞利散射信号分为两路信号，一路进入延时光纤，将背向瑞利散射信号的延时一个脉冲脉宽，第一时间段的第一单位长度的背向瑞利散射信号进行延时，延时到第二时间段，另一路信号进入没有延时的光路，两路信号进行干涉，完成与不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉，采用有光纤延时的方法，假设在传感光纤长度为L=2km，ΔS=2.5m,传感光纤点数N=L/(2×S)=400, 整条光纤的声场分布可以看成400点的声场分布，如果ΔS=1.25m，传感光纤点数N=L/(2×S)=800, 整条光纤的声场分布可以看成800点的声场分布，声场的分布测试点要比ΔS=2.5m时更加精确，据此可以根据臂长差S的大小，调节不同单位长度间干涉的长度值，提高系统监测精度。

附图说明

图1是相移光纤光栅结构示意图；图2是经相位调制的光纤DFB激光器示意图；图3是光纤分布式声波监测系统实施例1的结构示意图；图4是没有时延的背向瑞利散射光波形示意图；图5是经过特定时延的背向瑞利散射光波形示意图；图6是背向瑞利散射光干涉后的波形示意图；图7是相位载波解调算法示意图；图8是光纤分布式声波监测系统实施例2的结构示意图；图9是光纤分布式声波监测系统实施例3的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种光纤分布式声波监测系统，它是以调频DFB光纤激光器输出的窄线宽、频率被调制的激光作为光纤分布式声波监测系统的激光光源，其特征是调频DFB光纤激光器输出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，脉冲激光依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入长为L的传感光纤，会在单位脉冲激光经过的单位长度传感光纤范围内激发出瑞利散射光，因为窄线宽的脉冲激光具有很好的相干性能，所以背向的瑞利散射光在第二环形器C₂₃处干涉，第二环形器的C₂₃端输出信号经过第二光放大器进入到第二光滤波器并输出滤波放大后的背向瑞利散射信号；

将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉，即将背向瑞利散射信号分为两路信号，一路进入延时光纤，将背向瑞利散射信号延时一个脉冲脉宽，即将第一时间段的第一单位长度的背向瑞利散射信号进行延时，延时到第二时间段；另一路信号进入没有延时的光路；然后将两路信号进行干涉，完成与不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉；干涉后的信号经第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块进入到光纤分布式声波监测解调系统中；

未经不同单位长度间干涉的背向瑞利散射信号直接进入到第一光电探测器，然后输出电信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

如图2所示，所述调频DFB光纤激光器是指980nm的泵浦光源发出的光经过第一隔离器后进入到第一环形器C₁₁端，第一环形器C₁₂端接入相移光纤光栅，产生于相移光纤光栅波长相同的激光从第一环形器C₁₃端输出经第二隔离器进入到第一耦合器中，激光被分束分别进入到迈克尔逊干涉仪的两臂P₂、P₃端，通过P₂端的激光经过相位调制器的相位载波调制后经第一法拉第旋转镜反射后返回与通过P₃端并经第二法拉第旋转镜反射后返回的激光在第一耦合器的P₄端汇合输出窄线宽、频率被调制的激光，用作背向瑞利散射光干涉的光纤分布式声波监测系统的激光光源。

所述非对称式的相移光纤光栅，它是利用紫外光在掺杂铒、铥、镱、镨的光敏光纤上刻写的一种特殊的光纤光栅，在扫描曝光制作光纤光栅的过程中，当光栅长度和反射率均达到设定值时，控制相位掩膜板与光纤发生沿光纤轴向的相对运动，一般是移动掩膜板，之后继续曝光一定的长度，这样由于相位掩膜板位置的变化，使前后制作的两段光栅在连接位置产生相位的跃变，形成相移光纤光栅，此方法称为相位掩膜板移动法，此方法通过精确控制相位掩膜板和光纤的相对运动距离，使相移量精确控制在π，如图1所示，在C点π的相移，形成控制相位跃变位置偏离光纤光栅的中间位置使得一端光纤光栅的长度AC小于另一端光纤光栅的长度CB形成非对称式的相移光纤光栅，增加了DFB光纤激光器的出光功率，其结构特点是在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。它相当于激光器的工作物质和谐振腔，接上泵浦光源，就可以产生与相移光栅波长相同的激光（如图2）。

图2是图3框图中调频DFB光纤激光器的原理图，图2中的第一耦合器的P₄端发出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，如图3所示，脉冲激光依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入传感光纤，根据光纤分布式测量原理可以得出激光脉宽τ与单位长度ΔL之间的：ΔL=C×τ/2n，C为光在真空中的速度3×10⁸m/s，n为光纤折射率约为1.5，在此假设传感光纤的长度为2km，τ为50ns，ΔL为5m。图4 中的第一时间段（时间点1与时间点2之间）的波形是长度为0~5m传感光纤上的干涉信号，第二时间段（时间点2与时间点3之间）的波形是长度为5~10m传感光纤上的干涉信号，依次类推可出得出整个长度的传感光纤上的信号，这是Φ-OTDR的工作原理，由波形示意图可以看出Φ-OTDR只能实现单位长度ΔL范围内的相关点的干涉，其实质还是检测相位变化引起的强度变化，不能解调出相位信息。

通过下面光路优化设计改进，实现了不同单位长度之间的相关点的干涉，真正实现了相位信息的监测，其原理如下：

图2是图3框图中调频DFB光纤激光器的原理图，图2中的第一耦合器的P₄端进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，如图3所示，脉冲激光经过第一光放大器后进入第一光滤波器进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入长为L的传感光纤，传感光纤受到背向瑞利散射光的反射光返回到如图3所示第二环形器的C₂₃端，第二环形器的C₂₃端输出经过第二光放大器进入到第二光滤波器，信号进入第二耦合器的B₂₁端，一路光进入从第二耦合器的B₂₂到达第一光电探测器，另一路光从第二耦合器的B₂₃端流出进入到第三耦合器的B₃₁端，经过第三耦合器分束到B₃₂端和B₃₃端，B₃₃端的光经过长度为L1的光纤进入到第四耦合器的B₄₁端， B₃₂端的光经过长度为L2的光纤进入到第四耦合器的B₄₂端，其中S=L1-L2，B₄₂端的信号如图4所示，B₄₁端的信号如图5所示，两束光在第四耦合器处发生干涉，干涉信号经过第四耦合器的B₄₃进入到第二光电探测器，进入到相位载波解调模块，与第一光电探测器的输出信号一起进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

如图6所示，按照前面的假设在传感光纤的长度为2km，τ为50ns，ΔL为5m，为了确保图3中的时间点2和时间点3之间的信号代表着长度为0~5m传感光纤上的干涉信号，使第二耦合器和第三耦合器构成的的马赫-曾德干涉仪的臂长差S=L₁-L₂=ΔL/2=2.5m，图4中的第一时间段（时间点1与时间点2之间）的信号与图5中的第一时间段(时间点2和时间点3之间)的信号一致，实现了信号的时延，图4中的第二时间段（时间点2和时间点3之间）的信号代表的长度为5~10m处的传感光纤上的干涉信号，图5中的第一时间段（时间点2和时间点3之间）的信号代表的长度为0~5m处的传感光纤上的干涉信号，将图4和图5两信号按照时间进行干涉，实现了长度为5~10m处和长度为0~5m处传感光纤信号的干涉，即实现了一条传感光纤上的实现了不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉。如果S= (L₁-L₂)/2=1.25m,实现长度为2.5~5m处和长度为0~2.5m处传感光纤信号的干涉。

按照前面的假设在传感光纤的长度为L=2km，ΔS=2.5m,传感光纤点数N=L/(2*S)=400, 整条光纤的声场分布可以看成400点的声场分布，如果ΔS=1.25m，传感光纤点数N=L/(2*S)=800, 整条光纤的声场分布可以看成800点的声场分布，声场的分布测试点要比ΔS=2.5m时更加精确，据此可以根据臂长差S的大小，调节不同单位长度间干涉的长度值，提高系统监测精度。

干涉信号记录了单位长度上的声波信号，通过下面的解调算法就可以解调还原出被记录在干涉信号上的声波信号，实现了分布式声波监测。

相位载波解调原理：

根据光的相干原理，第二光电探测器上的光强I可表示为：

I=A+BcosΦ(t)                                      (1)

式(1)中： A 是干涉仪输出的平均光功率，B是干涉信号幅值，B=κA，κ≤1为干涉条纹可见度。Φ(t)是干涉仪的相位差。 设Φ(t) =Ccosω₀t+φ(t)，则式(1)可写为：

I=A+Bcos[Ccosω₀t+φ(t)]                                (2)

式(2)中Ccosω₀t是相位载波，C是幅值，ω₀是载波频率;φ(t) =Dcosω_st +Ψ(t)，Dcosω_st是传感光纤声场信号引起的相位变化,D是幅值，ω_s是声场信号频率,Ψ(t)是环境扰动等引起的初始相位的缓慢变化。将式(2) 用Bessel函数展开得：               

                                                        （3）

式(3)中J_n(m)是m调制深度下的n阶Bessel函数值；如图7所示，相位载波调制示意图利用Bessel函数展开后的干涉仪输出探测器信号I进行基频信号(幅值是G)、二倍频信号(幅值是H)相乘，为了克服信号随外部的干扰信号的涨落而出现的消隐和畸变现象,对两路信号进行了微分交叉相乘(DCM)，微分交叉相乘后的信号经过差分放大、积分运算处理后转换为

B²GHJ₁(C)J₂(C)φ(t)                                   (4)

将φ(t) =Dcosω_st +Ψ ( t)代入式(4)有

B²GHJ₁(C)J₂(C)[Dcosω_st+Ψ(t)]                          (5)

可见, 积分后得到的信号包含了待测信号Dcosω_st和外界的环境信息. 后者通常是个慢变信号,且幅度可以很大,可通过高通滤波器加以滤除.系统的最后输出为

B²GHJ₁(C)J₂(C)Dcosω_st                                (6)

由公式(6)可以求解出传感光纤声场信号引起的相位变化的Dcosω_st信号。

由图6所示的探测器信号进入到如图7所示的相位载波解调中，所述相位载波（Phase Generated Carrier，PGC）解调装置包括乘法器、滤波器、微分器、积分器。探测器信号与基频信号在第一乘法器相乘进入到第一低通滤波器，信号送至第一微分器，与第二低通滤波后的信号相乘，进入到减法器一端，与第四乘法器之后的信号进行减法运算；探测器信号与倍频信号在第二乘法器相乘进入到第二低通滤波器，信号送至第二微分器，与第一低通滤波后的信号相乘，进入到减法器一端，与第三乘法器之后的信号进行减法运算；两路信号同时送入减法器，运算后送入积分器、高通滤波器后，解调出传感信号。

基于背向瑞利散射光干涉的光纤分布式声波监测的关键器件是窄线宽的激光器，分布反馈（Distributed Feedback，DFB）光纤激光器关键器件是非对称式的相移光纤光栅，它是利用紫外光在掺杂铒、铥、镱、镨的光敏光纤上刻写的一种特殊的光纤光栅，在扫描曝光制作光纤光栅的过程中，当光栅长度和反射率均达到设定值时，控制相位掩膜板与光纤发生沿光纤轴向的相对运动，一般是移动掩膜板，之后继续曝光一定的长度，这样由于相位掩膜板位置的变化，使前后制作的两段光栅在连接位置产生相位的跃变，形成相移光纤光栅，此方法称为相位掩膜板移动法，此方法通过精确控制相位掩膜板和光纤的相对运动距离，使相移量精确控制在π，如图1所示，在C点π的相移，形成控制相位跃变位置偏离光纤光栅的中间位置使得一端光纤光栅的长度AC小于另一端光纤光栅的长度CB）形成非对称式的相移光纤光栅，增加了DFB光纤激光器的出光功率，其结构特点是在光栅光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。它相当于激光器的工作物质和谐振腔，接上泵浦光源，就可以产生与相移光栅波长相同的激光（如图2）。

实施例2

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，如图8所示，与实施例1不同之处是背向瑞利散射干涉形成方式不同，本实施例中采用第五耦合器的B₅₃，B₅₄两端构成的有臂长差S的迈克尔逊干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号进入第三环形器的C₃₁端，从第三环形器的C₃₂端流出进入到第五耦合器的B₅₁端，经过第五耦合器分束到B₅₃和B₅₄端， B₅₃和B₅₄两端构成有臂长差的迈克尔逊干涉仪，B₅₃端的光经过长度为L₁的光纤经第三法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₃端，B₅₄端的光经过长度为L₂的光纤经第四法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₄端，使得S=L₁-L₂，两束光在耦合器处完成干涉，干涉光自第五耦合器的B₅₂端输出至第二光电探测器，第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块送入光纤分布式声波监测解调系统；从第三环形器的C₃₃端流出直接进入第一光电探测器，由第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。

实施例2的优点采用了迈克尔逊干涉仪，其中使用法拉第旋转镜作为反射器件，相比较实施例1，减少了干涉信号的偏振影响，提高系统检测精度。

实施例3

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，如图9所示，与实施例1不同之处是所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉的干涉形成方式不同，本实施例中采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

所述采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号进入第六耦合器的B₆₁端，经过第六耦合器的分束，一路光进入到第四环形器的C₄₁端，由第四环形器的C₄₂端射出，进入到第七耦合器的B₇₁端，经过第七耦合器的分束，一路光由第七耦合器的B₇₃端射出经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处；另一路光由第七耦合器的B₇₄端射出经过延时光纤进入到第七耦合器的B₇₂端，再次进入到第七耦合器的B₇₃端，经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处，两路光在第七耦合器处完成干涉；干涉光经第七耦合器的B₇₁端射入第四环形器C₄₂端经C₄₃端射出送入第一光电探测器，第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。

实施例3的优点其中使用法拉第旋转镜作为反射器件，相比较实施例1，减少了干涉信号的偏振影响，提高系统检测精度。实施例2中，两路信号分别经过迈克尔逊干涉仪的两臂进行干涉，无法排除环境对两臂的干扰，相比较实施例2来说，延时环萨格奈克干涉仪的两束干涉信号所处的环境基本一致，即除了延时光纤以外（延时光纤的长度远远小于后面的一根光纤的长度），两束信号所走的流程都是在一根光纤内，消除了环境对干涉臂上的信号干扰，所以，实施例3降低了环境对系统的影响，进一步提高了系统检测精度。

Claims (9)

1.一种光纤分布式声波监测系统，它是以调频DFB光纤激光器输出的窄线宽、频率被调制的激光作为光纤分布式声波监测系统的激光光源，其特征是调频DFB光纤激光器输出的激光进入到声光调制器，经过声光调制器将连续激光调制成脉冲脉宽为τ，周期为T的脉冲激光，脉冲激光依次经过第一光放大器和第一光滤波器后进入第二环形器的C₂₁端，单位脉冲激光经过第二环形器的C₂₂端注入到传感光纤，会使单位脉冲激光在经过的单位长度传感光纤范围内激发出瑞利散射光，第二环形器的C₂₃端输出信号经过第二光放大器进入到第二光滤波器并输出滤波放大后的背向瑞利散射信号；

将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉，即将背向瑞利散射信号分为两路信号，一路进入延时光纤，将背向瑞利散射信号延时一个脉冲脉宽，即将第一时间段的第一单位长度的背向瑞利散射信号延时到第二时间段；另一路信号进入没有延时的光路；然后将两路信号进行干涉，完成与不同单位长度间的背向瑞利散射信号的干涉；干涉后的信号经第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块进入到光纤分布式声波监测解调系统中；

未经不同单位长度间干涉的背向瑞利散射信号直接进入到第一光电探测器，然后输出电信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

2.根据权利要求1所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是调频DFB光纤激光器是指980nm的泵浦光源发出的光经过第一隔离器后进入到第一环形器C₁₁端，第一环形器C₁₂端接入非对称式相移光纤光栅，产生于非对称式相移光纤光栅且波长相同的激光从第一环形器C₁₃端输出经第二隔离器进入到第一耦合器中，激光被分束分别进入到迈克尔逊干涉仪的两臂P₂、P₃端，通过P₂端的激光经过相位调制器的相位载波调制后经第一法拉第旋转镜反射后返回与通过P₃端并经第二法拉第旋转镜反射后返回的激光在第一耦合器的P₄端汇合输出窄线宽且频率被调制的激光，用作光纤分布式声波监测系统的激光光源。

3.根据权利要求2所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述非对称式相移光纤光栅是利用紫外光在掺杂铒、铥、镱或镨的光敏光纤上刻写的一种特殊的光纤光栅，在光纤光栅的中存在π的相移并在结构上呈现非对称式。

4.根据权利要求1所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指第三耦合器的B₃₂，B₃₃和第四耦合器的B₄₁，B₄₂构成的有臂长差S的马赫-曾德干涉仪将不长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

5.根据权利要求4所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述第三耦合器的B₃₂，B₃₃和第四耦合器的B₄₁，B₄₂构成的有臂长差S的马赫-曾德干涉仪将不长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出滤波放大后的背向瑞利散射信号进入第二耦合器的B₂₁端，一路光进入从第二耦合器的B₂₂到达第一光电探测器，另一路光从第二耦合器的B₂₃端流出进入到第三耦合器的B₃₁端，经过第三耦合器分束到B₃₂端和B₃₃端，B₃₃端的光经过长度为L1的光纤进入到第四耦合器的B₄₁端， B₃₂端的光经过长度为L2的光纤进入到第四耦合器的B₄₂端，其中S=L1-L2，两束光在第四耦合器处发生干涉，干涉信号经过第四耦合器的B₄₃端进入到第二光电探测器，第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块送至光纤分布式声波监测解调系统中；第一光电探测器的输出信号进入到光纤分布式声波监测解调系统中，第一光电探测器完成传感信号位置的判断，第二光电探测器和相位载波解调模块可完成相应位置上的传感信号的相位的变化解析。

6.根据权利要求1所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指采用第五耦合器的B₅₃，B₅₄两端构成的有臂长差的迈克尔逊干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

7.根据权利要求6所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述采用第五耦合器的B₅₃，B₅₄两端构成的有臂长差的迈克尔逊干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号经过第二光放大器和第二光滤波器后进入第三环形器的C₃₁端，从第三环形器的C₃₂端流出进入到第五耦合器的B₅₁端，经过第五耦合器分束到B₅₃和B₅₄端， B₅₃和B₅₄两端构成有臂长差的迈克尔逊干涉仪，B₅₃端的光经过长度为L1的光纤经第三法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₃端，B₅₄端的光经过长度为L2的光纤经第四法拉第旋转镜反射返回到第五耦合器B₅₄端，使得S=L1-L2，两束光在耦合器处完成干涉，干涉光自第五耦合器的B₅₂端输出至第二光电探测器，第二光电探测器输出电信号经相位载波解调模块送入光纤分布式声波监测解调系统；从第三环形器的C₃₃端流出直接进入第一光电探测器，由第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。

8.根据权利要求1所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述将在一条传感光纤上的不同单位长度间的背向瑞利散射信号采用干涉仪的方法进行干涉是指采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉。

9.根据权利要求8所述的光纤分布式声波监测系统，其特征是所述采用第七耦合器和延时光纤为主要器件构成延时环萨格奈克干涉仪将不同单位长度间的背向瑞利散射信号进行干涉是指第二光滤波器输出的背向瑞利散射信号进入第六耦合器的B₆₁端，经过第六耦合器的分束，一路光进入到第四环形器的C₄₁端，由第四环形器的C₄₂端射出，进入到第七耦合器的B₇₁端，经过第七耦合器的分束，一路光由第七耦合器的B₇₃端射出经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处；另一路光由第七耦合器的B₇₄端射出经过延时光纤进入到第七耦合器的B₇₂端，再次进入到第七耦合器的B₇₃端，经过第五法拉第旋转镜的反射又回到第七耦合器处，两路光在第七耦合器处完成干涉；干涉光经第七耦合器的B₇₁端射入第四环形器C₄₂端经C₄₃端射出送入第一光电探测器，第一光电探测器输出电信号至光纤分布式声波监测解调系统。