CN106404154A - 光纤声波探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光纤声波探测系统，属于光纤传感技术领域。所述系统包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与第二分布式传感装置分别和功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与第二分布式传感装置分别和第三分布式传感装置连接。相对于现有技术，采用第一分布式传感装置中后向瑞利散射信号和第二分布式传感装置中后向弱光纤光栅反射信号互相结合的方案，极大提高了探测系统的信号对比度和灵敏度，通过第三分布式传感装置显著拓宽了探测系统的探测带宽。

Description

光纤声波探测系统

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体而言，涉及一种光纤声波探测系统。

背景技术

光纤分布式声波检测技术是目前最前沿的光纤声场还原技术，它把被测声波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声波信息进行连续的测量，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。

目前光纤分布式声波传感技术包括光纤光栅准分布式传感技术和光时域反射技术。光纤光栅准分布式传感技术利用光纤光栅的反射作用实现对声波的分布式监测，并且主要是利用光纤光栅的波长变化信息，但传统的串接式光纤光栅的容量和复用率低。光时域反射技术主要是利用光纤在声波扰动作用下产生的瑞利、布里渊等效应进行测量，但散射后的信号能量很弱，使得检测距离、空间分辨率等技术指标较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤声波探测系统，以有效改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种光纤声波探测系统，其包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出。

在本发明较佳的实施例中，所述功率输出装置包括激光器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器和第一耦合器，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器输出的光信号依次经过所述声光调制器和所述第一光放大器，通过所述第一耦合器分别输出至所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置。

在本发明较佳的实施例中，所述第一分布式传感装置包括第一探测光纤、第一环形器、第二光放大器和第一光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一环形器进入所述第一探测光纤并部分返回形成所述后向瑞利散射信号、部分通过形成所述第一正向脉冲信号，所述后向瑞利散射信号依次经过所述第一环形器和所述第二光放大器，被所述第一光电探测器接收并输出，所述第一正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。

在本发明较佳的实施例中，所述第二分布式传感装置包括第二探测光纤、第二环形器、第二光滤波器和第二光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二环形器进入所述第二探测光纤并部分返回形成所述后向弱光纤光栅反射信号、部分通过形成所述第二正向脉冲信号，所述后向弱光纤光栅反射信号依次经过所述第二环形器和所述第二光滤波器，被所述第二光电探测器接收并输出，所述第二正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。

在本发明较佳的实施例中，所述第三分布式传感装置包括第二耦合器、第三光滤波器、第三环形器、光纤干涉装置和光电探测装置，所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置分别和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式传感装置输出的所述第一正向脉冲信号和由所述第二分布式传感装置输出的所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器依次经过所述第二光滤波器、所述第三环形器，进入所述光纤干涉装置部分返回形成所述第三探测信号，所述第三探测信号被所述光电探测装置接收并输出。

在本发明较佳的实施例中，所述光纤干涉装置包括3×3耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜，所述光电探测装置包括第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述3×3耦合器，部分由所述3×3耦合器输出经所述第一法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，部分由所述3×3耦合器输出经所述第二法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，在所述3×3耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述3×3耦合器输出，部分经过所述第三环形器被所述第三光电探测器接收并输出，部分被所述第四光电探测器接收并输出，部分被所述第五光电探测器接收并输出。

在本发明较佳的实施例中，所述光纤干涉装置包括2×2耦合器、第三法拉第旋转镜、第四法拉第旋转镜和相位调制器，所述光电探测装置包括第六光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述2×2耦合器，部分由所述2×2耦合器输出经所述第三法拉第旋转镜反射回到所述2×2耦合器内，部分由所述2×2耦合器输出经所述相位调制器被所述第四法拉第旋转镜反射，再经所述相位调制器回到所述2×2耦合器内，在所述2×2耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述2×2耦合器输出，被所述第六光电探测器接收并输出。

在本发明较佳的实施例中，所述第一探测光纤为单模光纤。

在本发明较佳的实施例中，所述第二探测光纤为包含至少一个弱光纤光栅的单模光纤。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光纤声波探测系统，其包括功率输出装置、第一分布式传感装置、第二分布式传感装置、第三分布式传感装置和光纤信号解调系统，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，所述第一分布式传感装置、所述第二分布式传感装置和所述第三分布式传感装置分别和所述光纤信号解调系统连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统。

本发明实施例提供的光纤声波探测系统，通过第一分布式传感装置获取携带被测空间内声波位置信息的后向瑞利散射信号即后向瑞利散射信号，通过第二分布式传感装置获取携带被测空间内特定位置的光强信息和声波相位信息的后向弱光栅反射信号即后向弱光纤光栅反射信号，再将光纤信号解调系统获取的后向瑞利散射信号和后向弱光纤光栅反射信号采用归一化解调的方案，极大的提高了整个光纤声波探测系统的信号对比度和灵敏度。同时通过第三分布式传感装置，将从第一分布式传感装置出射的第一正向脉冲信号和从第二分布式传感装置出射的第二正向脉冲信号采用被动相位解调方案，显著拓宽了系统的探测带宽。相对于现有技术，本发明实施例提供的光纤声波探测系统的容量及复用率高，且检测距离、空间分辨率等技术指标高，其检测原理无需时分复用技术，在不增加传感光纤长度的前提下极大地减少了原有单一声波相位传感器所需要的数量，降低了系统的复杂度和系统实现的技术难度，大大降低系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供光纤声波探测系统的示意图；

图2为本发明第一实施例提供的光纤声波探测系统的示意图；

图3为本发明第一实施例提供的功率输出装置的示意图；

图4为本发明第一实施例提供的第一分布式传感装置的示意图；

图5为本发明第一实施例提供的第二分布式传感装置的示意图；

图6为本发明第一实施例提供的第三分布式传感装置的示意图；

图7为本发明第二实施例提供的光纤声波探测系统的示意图；

图8为本发明第三实施例提供的光纤声波探测系统的示意图。

图标：100-第一分布式传感装置；200-第二分布式传感装置；300-第三分布式传感装置；400-功率输出装置；500-光纤信号解调系统；1000-光纤声波探测系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“输出”、“经过”、“通过”、“返回”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“通过”仅仅是指光信号或电信号通过该设备、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该光纤声波探测系统内各设备、仪器及装置的工作原理、表现所述系统中光信号及电信号的通行逻辑，只是明显区分了各设备、仪器及装置之间的相对位置关系，并不能构成对光路、电路方向及设备仪器大小、尺寸、形状的限定。

请参照图1，本发明实施例提供一种光纤声波探测系统1000，其包括第一分布式传感装置100、第二分布式传感装置200、第三分布式传感装置300和功率输出装置400，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200分别和功率输出装置400连接，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200还分别和第三分布式传感装置300连接。

由所述功率输出装置400输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置100，进入第一分布式传感装置100的脉冲信号的一部分被第一分布式传感装置100返回形成后向瑞利散射信号，并由第一分布式传感装置100输出；另一部分正向通过第一分布式传感装置100形成第一正向脉冲信号。由所述功率输出装置400输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置200，进入第二分布式传感装置200的脉冲信号的一部分被第二分布式传感装置200返回形成后向弱光纤光栅反射信号，并由第二分布式传感装置200输出；另一部分正向通过第二分布式传感装置200形成第二正向脉冲信号。所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入第三分布式传感装置300内，经过第三分布式传感装置300的处理形成第三探测信号，且所述第三探测信号由第三分布式传感装置300输出。

在本实施例中，所述后向瑞利散射信号可以是携带被测空间内声波位置信息的后向瑞利散射信号，所述后向弱光纤光栅反射信号可以是携带被测空间内特定位置的光强信息和声波相位信息的后向弱光栅反射信号。所述后向瑞利散射信号和所述后向弱光纤光栅反射信号可以输出至光电探测器件或光纤信号解调系统，采用归一化解调的方案以获取被测空间内声波的位置及相位信息。所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号在第三分布式传感装置300内发生干涉，将携带干涉信号的所述第三探测信号输出至光电探测器件或光信号解调系统，并通过采用相应的被动相位解调方案可以获得被测空间内声场环境的信息。

第一实施例

请参照图2，本实施例提供一种光纤声波探测系统1000，其包括第一分布式传感装置100、第二分布式传感装置200、第三分布式传感装置300和功率输出装置400，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200分别和功率输出装置400连接，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200分别和第三分布式传感装置300连接。

请参照图3，所述功率输出装置400包括激光器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器和第一耦合器，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第一耦合器光耦合。在本实施例中，所述激光器可以是分布反馈式(DistributedFeedback，DFB)光纤激光器(以下简称DFB光纤激光器)，由DFB光纤激光器输出的连续的正向入射光信号经过所述声光调制器被调制成具有一定脉宽和周期的正向脉冲信号，再经过所述第一光放大器放大，通过所述第一耦合器分别输出至所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置。

请参照图4，所述第一分布式传感装置100包括第一探测光纤、第一环形器、第二光放大器和第一光电探测器，由所述DFB光纤激光器输出的正向入射光脉冲信号通过所述第一耦合器进入所述第一环形器的A1端，并从A2端出射进入所述第一探测光纤内。在本实施例中，所述第一探测光纤可以为普通单模光纤，由于光信号在单模光纤中会产生不可消除的瑞利散射，其中部分携带被测空间内声波位置信息的后向瑞利散射信号从所述第一探测光纤内返回到所述第一环形器的A2端，并从所述第一环形器的A3端输出，再经过第二光放大器被所述第一光电探测器接收并输出。从所述第一探测光纤正向出射的部分形成第一正向脉冲信号，进入所述第三分布式传感装置300内。

这里可以理解的是，本实施例中的环形器为一种多端口器件，经过其中的信号只能以单向环形的形式进行传输。例如从所述第一环形器的A1端输入的信号，只能从此环形器的A2端输出；而从此环形器的A2端输入的信号，只能从此环形器的A3端输出。以此将携带不同信息而方向不同的信号分离开。

请参照图5，所述第二分布式传感装置200包括第二探测光纤、第二环形器、第二光滤波器和第二光电探测器，由所述DFB光纤激光器输出的正向入射光脉冲信号通过所述第一耦合器进入所述第二环形器的B1端，并从B2端出射进入所述第二探测光纤内。在本实施例中，所述第二探测光纤可以为包含至少一个弱光纤光栅的单模光纤，其光纤光栅的反射率优选为小于10％，由于每经过一个光栅就会反射部分光信号，经过所述弱光纤光栅的光信号携带了被测空间内特定位置即每个光纤光栅之间的传感光纤处的光强信息，其中被光纤光栅反射的部分光信号返回到所述第二环形器的B2端，并从所述第二环形器的B3端输出，再经过第二光滤波器被所述第二光电探测器接收并输出。从所述第二探测光纤正向出射的部分形成第二正向脉冲信号，进入所述第三分布式传感装置300内。本实施例中，第二探测光纤中各个光纤光栅的间距可以做到很小，且测量的是各个光纤光栅之间的传感光纤处的光强信息，从而提高了探测系统的空间分辨率。

请参照图6，所述第三分布式传感装置300包括第二耦合器、第三光滤波器、第三环形器、3×3耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器。所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器耦合为一路正向入射光信号，经过所述第三光滤波器从所述第三环形器的C1端输入，并从C2端输出至所述3×3耦合器的P1端。进入所述3×3耦合器的一部分光信号由P4端输出至所述第一法拉第旋转镜，并被所述第一法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器的P4端；一部分光信号由P5端输出至所述第二法拉第旋转镜，并被所述第二法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器的P5端；还有少部分光信号从P6端输出到系统外部，在具体实施方案中可使用反射器件或收光器件将P6端封住。经过所述第一法拉第旋转镜和所述第二法拉第旋转镜调制过后的光信号在所述3×3耦合器内发生干涉，并形成携带被测空间内声波相位信息的光信号。经过干涉后的光信号一部分通过3×3耦合器的P1端输出至所述第三环形器的C2端，由C3端输出，再被所述第三光电探测器接收并输出；一部分由3×3耦合器的P2端输出，直接被所述第四光电探测器接收并输出；一部分由3×3耦合器的P3端输出，直接被所述第五光电探测器接收并输出。

在本实施例中，所述3×3耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜共同构成一个迈克尔逊干涉仪，作为光纤干涉装置实现对进入该装置内的正向入射光信号即对所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号的干涉；而所述第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器则作为光电探测装置接收由所述3×3耦合器的P1、P2和P3端分别输出的光信号。所述3×3耦合器的P4端到所述第一法拉第旋转镜的距离，和3×3耦合器的P5端到所述第二法拉第旋转镜距离，其距离之差S为系统空间分辨率的整数倍。

本实施例中的所述第一光放大器和所述第二光放大器可以是脉冲掺铒光纤放大器，所述DFB光纤激光器的输出信号可以是波长为1550nm的近红外光。所述光纤声波探测系统1000内的各个设备、仪器或装置之间，可以是通过光纤进行信号传输。由所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器输出的电信号可输入系统外部设备例如光纤信号解调系统中进行相应的解调，以获取声波的位置、频率和相位信息，即可完成对被测空间内特定位置的声波信息的全面检测。

第二实施例

请参照图7，本实施例提供一种光纤声波探测系统1000，其包括第一分布式传感装置100、第二分布式传感装置200、第三分布式传感装置300和功率输出装置400。和本发明第一实施例最大的不同在于，所述第三分布式传感装置300中取消了所述第三环形器，而将所述3×3耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜分别替换为2×2耦合器、第三法拉第旋转镜和第四法拉第旋转镜，且在所述2×2耦合器到所述第四法拉第旋转镜之间加入一个相位调制器，将第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器替换为第六光电探测器。

所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器耦合为一路正向入射光信号，经过所述第三光滤波器从所述2×2耦合器的P1端输入。进入所述2×2耦合器的一部分光信号由P3端输出至所述第三法拉第旋转镜，并被所述第三法拉第旋转镜反射回到所述2×2耦合器的P3端；一部分光信号由P4端输出，经所述相位调制器入射至所述第四法拉第旋转镜，并被所述第四法拉第旋转镜反射回到所述2×2耦合器的P4端。经过所述第三法拉第旋转镜、所述相位调制器和所述第四法拉第旋转镜调制过后的光信号在所述2×2耦合器内发生干涉，并形成携带被测空间内声波相位信息的光信号。经过干涉后的光信号通过2×2耦合器的P2端输出，再被所述第六光电探测器接收并输出。

在本实施例中，所述2×2耦合器、第三法拉第旋转镜、相位调制器和第四法拉第旋转镜共同构成一个迈克尔逊干涉仪，作为光纤干涉装置实现对进入该装置内的正向入射光信号即对所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号的干涉。而所述第六光电探测器则作为光电探测装置接收由所述2×2耦合器的P4端输出的光信号。所述2×2耦合器的P3端到所述第三法拉第旋转镜的距离，和2×2耦合器的P4端到所述第四法拉第旋转镜距离，其距离之差S为系统空间分辨率的整数倍。

本实施例中，由所述第六光电探测器输出的电信号可输入系统外部设备例如光纤信号解调系统中进行相位载波解调，即可获取被测空间内声波的相位信息，相对于本发明第一实施例，本实施例中采用的以2×2耦合器为核心的第三分布式传感装置300也能够完成同样的功能，且系统结构更为简单。

第三实施例

请参照图8，本实施例提供一种光纤声波探测系统1000，其包括第一分布式传感装置100、第二分布式传感装置200、第三分布式传感装置300、功率输出装置400和光纤信号解调系统500，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200分别和功率输出装置400连接，所述第一分布式传感装置100与第二分布式传感装置200分别和第三分布式传感装置300连接，所述第一分布式传感装置100、第二分布式传感装置200和第三分布式传感装置300分别和所述光纤信号解调系统500连接。和本发明第一实施例和第二实施例最大的不同在于，由所述第一分布式传感装置100、所述第二分布式传感装置200和所述第三分布式传感装置300输出的携带被测空间内声波信息的各探测信号最终被输入所述光纤信号解调系统500中。

由第一分布式传感装置100输出的后向瑞利散射信号进入所述光纤信号解调系统500中，进行级差叠加等相关处理后，即可得到被测声波的位置信号。由第二分布式传感装置200输出的后向弱光纤光栅反射信号进入所述光纤信号解调系统500中，可由被测空间内特定位置的光强信息解调出第二探测光纤中各个光纤光栅之间的传感光纤处的声波相位信息。由第三分布式传感装置300输出的第三探测信号进入所述光纤信号解调系统500中，根据第三分布式传感装置300的内部器件的不同，进行3×3被动相位解调或相位载波解调，无需复杂的时分复用系统即可解调出声波的频率和相位信息。

综上所述，本发明实施例提供的光纤声波探测系统，通过第一分布式传感装置获取携带被测空间内声波位置信息的后向瑞利散射信号即后向瑞利散射信号，通过第二分布式传感装置获取携带被测空间内特定位置的光强信息和声波相位信息的后向弱光栅反射信号即后向弱光纤光栅反射信号，再将光纤信号解调系统获取的后向瑞利散射信号和后向弱光纤光栅反射信号采用归一化解调的方案，极大的提高了整个光纤声波探测系统的信号对比度和灵敏度。同时通过第三分布式传感装置，将从第一分布式传感装置出射的第一正向脉冲信号和从第二分布式传感装置出射的第二正向脉冲信号采用被动相位解调方案，显著拓宽了系统的探测带宽。相对于现有技术，本发明实施例提供的光纤声波探测系统的容量及复用率高，且检测距离、空间分辨率等技术指标高，其检测原理无需时分复用技术，在不增加传感光纤长度的前提下极大地减少了原有单一声波相位传感器所需要的数量，降低了系统的复杂度和系统实现的技术难度，大大降低系统成本。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤声波探测系统，其特征在于，包括功率输出装置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式传感装置、基于后向弱光纤光栅反射原理的第二分布式传感装置和第三分布式传感装置，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出。

2.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述功率输出装置包括激光器、声光调制器、第一光放大器、第一光滤波器和第一耦合器，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器输出的光信号依次经过所述声光调制器和所述第一光放大器，通过所述第一耦合器分别输出至所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置。

3.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第一分布式传感装置包括第一探测光纤、第一环形器、第二光放大器和第一光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一环形器进入所述第一探测光纤并部分返回形成所述后向瑞利散射信号、部分通过形成所述第一正向脉冲信号，所述后向瑞利散射信号依次经过所述第一环形器和所述第二光放大器，被所述第一光电探测器接收并输出，所述第一正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。

4.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第二分布式传感装置包括第二探测光纤、第二环形器、第二光滤波器和第二光电探测器，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二环形器进入所述第二探测光纤并部分返回形成所述后向弱光纤光栅反射信号、部分通过形成所述第二正向脉冲信号，所述后向弱光纤光栅反射信号依次经过所述第二环形器和所述第二光滤波器，被所述第二光电探测器接收并输出，所述第二正向脉冲信号输出至所述第三分布式传感装置。

5.根据权利要求1所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第三分布式传感装置包括第二耦合器、第三光滤波器、第三环形器、光纤干涉装置和光电探测装置，所述第一分布式传感装置和所述第二分布式传感装置分别和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式传感装置输出的所述第一正向脉冲信号和由所述第二分布式传感装置输出的所述第二正向脉冲信号通过所述第二耦合器依次经过所述第三光滤波器、所述第三环形器，进入所述光纤干涉装置部分返回形成所述第三探测信号，所述第三探测信号被所述光电探测装置接收并输出。

6.根据权利要求5所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述光纤干涉装置包括3×3耦合器、第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜，所述光电探测装置包括第三光电探测器、第四光电探测器和第五光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述3×3耦合器，部分由所述3×3耦合器输出经所述第一法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，部分由所述3×3耦合器输出经所述第二法拉第旋转镜反射回到所述3×3耦合器内，在所述3×3耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述3×3耦合器输出，部分经过所述第三环形器被所述第三光电探测器接收并输出，部分被所述第四光电探测器接收并输出，部分被所述第五光电探测器接收并输出。

7.根据权利要求5所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述光纤干涉装置包括2×2耦合器、第三法拉第旋转镜、第四法拉第旋转镜和相位调制器，所述光电探测装置包括第六光电探测器，经过所述第三环形器的所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号进入所述2×2耦合器，部分由所述2×2耦合器输出经所述第三法拉第旋转镜反射回到所述2×2耦合器内，部分由所述2×2耦合器输出经所述相位调制器被所述第四法拉第旋转镜反射，再经所述相位调制器回到所述2×2耦合器内，在所述2×2耦合器内形成所述第三探测信号，所述第三探测信号经所述2×2耦合器输出，被所述第六光电探测器接收并输出。

8.根据权利要求3所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第一探测光纤为单模光纤。

9.根据权利要求4所述的光纤声波探测系统，其特征在于，所述第二探测光纤为包含至少一个弱光纤光栅的单模光纤。

10.一种光纤声波探测系统，其特征在于，包括功率输出装置、第一分布式传感装置、第二分布式传感装置、第三分布式传感装置和光纤信号解调系统，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述功率输出装置连接，所述第一分布式传感装置与所述第二分布式传感装置分别和所述第三分布式传感装置连接，所述第一分布式传感装置、所述第二分布式传感装置和所述第三分布式传感装置分别和所述光纤信号解调系统连接，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第一分布式传感装置部分返回形成后向瑞利散射信号并由所述第一分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第一正向脉冲信号，由所述功率输出装置输出的脉冲信号经过所述第二分布式传感装置部分返回形成后向弱光纤光栅反射信号并由所述第二分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统、部分通过形成第二正向脉冲信号，所述第一正向脉冲信号和所述第二正向脉冲信号经过所述第三分布式传感装置形成第三探测信号，所述第三探测信号由所述第三分布式传感装置输出至所述光纤信号解调系统。