CN105371941B - 基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法，用于解决现有分布式光纤振动传感检测方法成本高的技术问题。技术方案是将光源模块发出的激光通过光纤耦合器均分为两路，两路光分别通过始端光盒和末端光盒中的光纤耦合器和三端口光环形器以及三芯单模传感光缆，形成沿顺、逆时针方向的马赫‑泽德干涉检测光路。当光缆沿线有振动发生时光波相位发生变化，分别沿两个方向传输到光检测模块，通过检测两路干涉光信号的光强变化，并经信号处理和分析，获得振动信号的相关信息，从而实现大长度直线型分布式光纤振动传感。本发明将环路型干涉传感检测回路转换为直线型传感检测回路，光缆用量减少一半，降低了光纤振动传感检测系统的成本。

Description

基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法
技术领域
本发明涉及一种分布式光纤振动传感检测方法，特别涉及一种基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法。
背景技术
文献“授权公告号是CN100561144的中国发明专利”公开了一种基于双环马赫-泽德干涉的分布式光纤振动传感方法及装置。该方法采用正、反向马赫-泽德干涉检测方法，可以实时在线监测区域周界的振动事件。但是，在该方法中，光缆必须形成环路的方式才能进行区域周界振动事件的检测，对于大长度直线型的分布式振动检测应用中，若采用该方法也必须将光缆形成环路，这样传感光缆的用量将是直线距离的两倍，将使检测系统的成本增高。
发明内容
为了克服现有分布式光纤振动传感检测方法成本高的不足。本发明提供一种基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法。该方法将光源模块发出的激光通过分光比为50:50的1×2光纤耦合器均分为两路，两路光分别通过始端光盒和末端光盒中的2×2光纤耦合器和三端口光环形器以及三芯单模传感光缆，形成沿顺、逆时针方向的马赫-泽德干涉检测光路。当光缆沿线有振动发生时，将引起光缆中传输的光波相位发生变化，分别沿两个方向传输到光检测模块，通过检测两路干涉光信号由相位变化引起的光强变化，并经信号处理和分析，获得振动信号的相关信息，从而实现大长度直线型分布式光纤振动传感。本发明将环路型的干涉传感检测回路转换为直线型的传感检测回路，光缆用量减少一半，降低了光纤振动传感检测系统的成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法，其特点是检测系统包括光源模块、始端光盒、单模三芯光缆、末端光盒、光检测模块和信号处理模块。所述的光源模块提供激光光源；始端光盒和末端光盒分别装有分光器和光环形器，实现光路的分光、合光与环回；单模三芯光缆集传感与传输合二为一，对光缆沿线的振动信号进行实时检测；光检测模块将光信号进行光电转换及放大处理后，送入信号处理模块进行数据采集、处理及分析，检测方法包括以下步骤：
光源模块发出的激光通过始端光盒中分光比为50:50的1×2光纤耦合器均分为两路；一路光耦合至2×2光纤耦合器A，沿顺时针方向从始端光盒进入单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯，检测光缆沿线的振动信号并沿光缆传输，进入末端光盒中的2×2光纤耦合器B，通过单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯的两束光在此处产生干涉，将带有干涉信息的光信号经三端口光环形器B进入单模三芯光缆的光缆3芯，再经光环形器A进入光接收2进行顺时针方向光信号的接收处理；另一路光经过三端口光环形器A进入单模三芯光缆的光缆3芯，再经三端口光环形器B进入2×2光纤耦合器B，沿逆时针方向从末端光盒进入单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯，检测光缆沿线与顺时针方向同一点的振动信号并沿光缆传输，进入始端光盒中的2×2光纤耦合器A，通过单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯的两束光在此产生干涉，将带有信息的干涉光信号输出至光接收1进行逆时针方向光信号的接收处理；当振动信号作用于单模三芯光缆时，相向传输的两路光波同时产生相同的相位调制并沿不同的路径传输至光接收单元，光接收1和光接收2分别接收两路干涉光信号并进行光电转换及放大，经高速数据同步采集后，送入计算机进行数据处理及分析，实时获得振动信号的空间位置、频率和幅度参数，实现分布式振动传感检测。
本发明的有益效果是：本发明方法将光源模块发出的激光通过分光比为50:50的1×2光纤耦合器均分为两路，两路光分别通过始端光盒和末端光盒中的2×2光纤耦合器和三端口光环形器以及三芯单模传感光缆，形成沿顺、逆时针方向的马赫-泽德干涉检测光路。当光缆沿线有振动发生时，将引起光缆中传输的光波相位发生变化，分别沿两个方向传输到光检测模块，通过检测两路干涉光信号由相位变化引起的光强变化，并经信号处理和分析，获得振动信号的相关信息，从而实现大长度直线型分布式光纤振动传感。本发明将环路型的干涉传感检测回路转换为直线型的传感检测回路，光缆用量减少一半，降低了光纤振动传感检测系统的成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明方法的系统框图。
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
参照图1-2。本发明基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法具体步骤如下：
检测系统由光源模块、始端光盒、单模三芯光缆、末端光盒、光检测模块和信号采集与处理模块组成。其中光源模块提供激光光源；光端盒中装有分光器和光环形器，实现光路的分光、合光与环回；三芯单模传感光缆集传感与传输合二为一，对光缆沿线的振动等干扰信息进行实时检测；光检测模块将光信号进行光电转换及放大处理后，送入信号采集与处理模块进行数据采集、处理及分析后，即可实时获得振动信号相关的信息。
光源模块采用窄线宽的DFB激光发射模块，其谱线宽度可达数kHz，相干长度大，在实际应用中干涉仪比较容易实现。
光端盒包括始端光盒和末端光盒，其中1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器A和三端口光环形器A构成始端光盒；2×2光纤耦合器B和三端口光环形器B构成末端光盒。光端盒对光路起分光、合光及环回的作用。其中，1×2光纤耦合器的分光比为50:50，以保证分出的两路光强大小一致；三端口光环形器的光路方向为端口1→端口2，端口2→端口3，端口3→端口1。
光检测模块由光接收模块和放大电路组成。光接收模块采用了低噪声、高灵敏度的光电接收组件，对接收到的干涉光信号进行光电转换后，经放大电路进行信号放大，以满足后续信号处理的需求。
信号采集与处理模块由FPGA硬件处理电路和计算机组成。光检测模块接收放大后的信号由FPGA硬件处理电路进行两路信号的高速同步采集，再送入计算机通过专用信号处理软件进行数据的频谱分析和相关运算处理，从而获取振动信号的相关信息。

Claims (1)

1.一种基于光环形器的分布式光纤振动传感检测方法，其特征在于检测系统包括光源模块、始端光盒、单模三芯光缆、末端光盒、光检测模块和信号处理模块；所述的光源模块提供激光光源；始端光盒和末端光盒分别装有分光器和光环形器，实现光路的分光、合光与环回；单模三芯光缆集传感与传输合二为一，对光缆沿线的振动信号进行实时检测；光检测模块将光信号进行光电转换及放大处理后，送入信号处理模块进行数据采集、处理及分析，检测方法包括以下步骤：
光源模块发出的激光通过始端光盒中分光比为50:50的1×2光纤耦合器均分为两路；一路光耦合至2×2光纤耦合器A，沿顺时针方向从始端光盒进入单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯，检测光缆沿线的振动信号并沿光缆传输，进入末端光盒中的2×2光纤耦合器B，通过单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯的两束光在此处产生干涉，将带有干涉信息的光信号经三端口光环形器B进入单模三芯光缆的光缆3芯，再经光环形器A进入光接收2进行顺时针方向光信号的接收处理；另一路光经过三端口光环形器A进入单模三芯光缆的光缆3芯，再经三端口光环形器B进入2×2光纤耦合器B，沿逆时针方向从末端光盒进入单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯，检测光缆沿线与顺时针方向同一点的振动信号并沿光缆传输，进入始端光盒中的2×2光纤耦合器A，通过单模三芯光缆的光缆1芯和光缆2芯的两束光在此产生干涉，将带有信息的干涉光信号输出至光接收1进行逆时针方向光信号的接收处理；当振动信号作用于单模三芯光缆时，相向传输的两路光波同时产生相同的相位调制并沿不同的路径传输至光接收单元，光检测模块分别接收两路干涉光信号并进行光电转换及放大，经高速数据同步采集后，送入计算机进行数据处理及分析，实时获得振动信号的空间位置、频率和幅度参数，实现分布式振动传感检测。
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