CN105758512A - 一种具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置及其操作方法 - Google Patents

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周正仙
刘冲冲
余瑞兰
杜友武
袁扬胜
吴朝辉
邹翔
周瑞
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    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
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Abstract

本发明揭示了一种具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，可以精准定位并且具有宽频率响应的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置和操作方法，不仅探测距离长，探测简单，对振动点的定位精确，而且具有很宽的频率响应。本发明能够精准的对传感光纤附近振动定位，并且具有宽频率响应的优点。

Description

一种具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种可以精准定位并且具有宽频率响应的分布式光纤振动传感领域。
背景技术
光纤振动传感具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、动态范围大、终端结构简单、隐蔽性好、耐腐蚀、环境适应性强的特点，可用于大型工程现场以及重大政治、经济、军事基地的周界安防。因此，研究分布式光纤传感系统是一个非常有应用前景和实际意义的课题。
目前，基于相位敏感的光时域反射技术的分布式光纤振动传感系统具有对振动定位精确，探测距离长，探测简单的特点，但是其原理限制了其对振动的频率响应。而基于光干涉原理的振动传感系统虽然有很宽的频率响应，但是对振动点的定位却非常复杂，而且定位也不精确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种可以精准定位并且具有宽频率响应的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置,不仅探测距离长，探测简单，对振动点的定位精确，而且具有很宽的频率响应。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，脉冲激光模块输出脉冲激光至第一环形器的输入端，所述第一环形器的一个输出端口经EDFA连接第二环形器的输入端口，另一个输出端口连接第一耦合器的一个输入端口，所述第一耦合器的分光端连接传感光纤一端，所述传感光纤的另一端连接第二耦合，所述第二环形器的一个输出端口连接第一光纤布拉格光栅，另一个输出端口经过第一数据采集模块连接数据处理模块，激光器经过光隔离器连接所述第二耦合器，所述第二耦合器的一个分光端连接第一耦合器，第二耦合器的返回端连接第三环行器的输入端口，所述第三环形器的一个输出端口连接第二光纤布拉格光栅，另一个输出端口过第二数据采集模块连接数据处理模块。
所述的脉冲激光模块发射波长为1550nm的窄线宽脉冲激光。
所述激光器发射波长为1310nm的连续激光。
所述第一光纤布拉格光栅反射中心波长为1550nm，第二光纤布拉格光栅反射中心波长为1310nm。
所述第一耦合器为1：99耦合器，所述第二耦合器为3dB耦合器。
基于具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置的操作方法：
开启并调节脉冲激光模块，脉冲激光模块发射脉冲激光进入传感光纤产生后向瑞利散射，经第一数据采集模块采集数据后，数据处理模块利用基于相位敏感的光时域反射原理对传感光纤附近的振动点进行定位；开启并调节激光器，在激光器发出激光在传感光纤中产生干涉，第二数据采集模块采集数据后，数据处理模块对数据进行快速傅立叶变换得到传感光纤振动的频率信息。
本发明的优点在于能够精准的对传感光纤附近振动定位，并且具有宽频率响应。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置结构示意图；
上述图中的标记均为：1、脉冲激光模块；2、第一环行器；3、EDFA；4、第二环行器；5、第一光纤布拉格光栅；6、第一数据采集模块；7、第一数据处理模块；8、第一耦合器；9、传感光纤；10、激光器；11、光隔离器；12、第二耦合器；13、第三环行器；14、第二光纤布拉格光栅；15、第二数据采集模块。
具体实施方式
本发明具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置如图1所示，包括脉冲激光模块1、第一环行器2、EDFA3(掺铒光纤放大器)、第二环行器4、第一光纤布拉格光栅5、第一数据采集模块6、第一数据处理模块7、第一耦合器8、传感光纤9、激光器10、光隔离器11、第二耦合器12、第三环行器13、第二光纤布拉格光栅14和第二数据采集模块15。
脉冲激光模块1连接第一环行器2的端口1，第一环行器2的端口3经过EDFA3连接第二环行器4的端口1，第二环行器4的端口2连接第一光纤布拉格光栅5(FBG)，第二环行器4的端口3经过第一数据采集模块6连接数据处理模块，第一环行器2的端口2连接第一耦合器8，第一耦合器8的99％分光端连接传感光纤9，传感光纤9的另一端连接第二耦合器12，激光器10经过光隔离器11连接第二耦合器12，第二耦合器12的一个分光端连接第一耦合器8，第二耦合器12的返回端连接第三环行器13的端口1，第三环行器13的端口2连接FBG2，第三环行器13的端口3经过第二数据采集模块15连接数据处理模块。
上述具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置可以精准定位并且具有宽频率响应，不仅探测距离长，探测简单，对振动点的定位精确，而且具有很宽的频率响应。
为了进一步提高装置效果，脉冲激光模块1优选采用发射波长为1550nm的窄线宽脉冲激光，激光器10优选采用发射波长为1310nm的连续激光，第一光纤布拉格光栅5反射中心波长为1550nm，第二光纤布拉格光栅14反射中心波长为1310nm。第一耦合器8为1：99耦合器，第二耦合器12为3dB耦合器。
本发明的操作方法如下：
开启并调节脉冲激光模块1发出脉冲信号并驱动第一数据采集模块61采集信号，即脉冲激光模块1发射脉冲激光进入传感光纤9产生后向瑞利散射，经第一数据采集模块6采集数据后，数据处理模块对采集到的信号按照基于相位敏感的光时域反射原理分析即可得到传感光纤9附近振动所在位置。
开启并调节激光器10发出连续激光，第二数据采集模块15采集信号，数据处理模块对采集到的信号进行快速傅立叶变换(FFT)即可得到传感光纤9附近振动的频率信息。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，其特征在于：脉冲激光模块输出脉冲激光至第一环形器的输入端，所述第一环形器的一个输出端口经EDFA连接第二环形器的输入端口，另一个输出端口连接第一耦合器的一个输入端口，所述第一耦合器的分光端连接传感光纤一端，所述传感光纤的另一端连接第二耦合，所述第二环形器的一个输出端口连接第一光纤布拉格光栅，另一个输出端口经过第一数据采集模块连接数据处理模块，激光器经过光隔离器连接所述第二耦合器，所述第二耦合器的一个分光端连接第一耦合器，第二耦合器的返回端连接第三环行器的输入端口，所述第三环形器的一个输出端口连接第二光纤布拉格光栅，另一个输出端口过第二数据采集模块连接数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，其特征在于：所述的脉冲激光模块发射波长为1550nm的窄线宽脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，其特征在于：所述激光器发射波长为1310nm的连续激光。
4.根据权利要求1所述的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，其特征在于：所述第一光纤布拉格光栅反射中心波长为1550nm，第二光纤布拉格光栅反射中心波长为1310nm。
5.根据权利要求1所述的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置，其特征在于：所述第一耦合器为1：99耦合器，所述第二耦合器为3dB耦合器。
6.基于权利要求1-6中任一项所述的具有宽频率响应的分布式光纤振动传感装置的操作方法，其特征在于：
开启并调节脉冲激光模块，脉冲激光模块发射脉冲激光进入传感光纤产生后向瑞利散射，经第一数据采集模块采集数据后，数据处理模块利用基于相位敏感的光时域反射原理对传感光纤附近的振动点进行定位；
开启并调节激光器，激光器发出激光在传感光纤中产生干涉，第二数据采集模块采集数据后，数据处理模块对数据进行快速傅立叶变换得到传感光纤振动的频率信息。
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