CN108981767B - 光纤分布式监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种光纤分布式监测系统及方法，涉及光纤传感领域。该系统包括：激光器、声光调制器、相位匹配干涉仪、光电探测器和相位解调模块。传感光纤输出的含有参数信息的后向瑞利散射光进入相位匹配干涉仪后分别进入相位匹配干涉仪的两臂，通过第一调制波形和第二调制波对相位匹配干涉仪的两臂的光进行调相处理后互相干涉产生干涉光。光电探测器将光信号转化为电信号，相位解调模块基于Hilbert算法对电信号进行处理，得出待测环境的参数变化情况。由于Hilbert算法进行处理时无需采集调制波形，并且第一调制波和第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可。

Description

光纤分布式监测系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤传感领域，具体而言，涉及一种光纤分布式监测系统及方法。
背景技术
光纤分布式传感技术可以对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量。在智能桥梁、高速公路、重要建筑、煤气管道监测等领域得到广泛的应用。光纤分布式监测主要有基于强度解调和相位解调两种分布式监测系统，强度解调的分布式监测系统只能解调出单位脉冲内的背向瑞利散射光强变化信息，应用范围受限，而相位解调的分布式监测系统可以解调出单位脉冲内的背向瑞利散射光干涉光的相位信息，应用场合广泛，目前相位解调的分布式监测系统的相位解调方案主要由相位载波(Phase Generated Carrier，PGC)和3×3耦合器解调两种方案组成。
PGC方案需要增加载波，且需要同时对干涉光及调制波进行信号采集，也就是需要同时解调两路信号，所以对载波的频率及幅值都需要严格量化满足系统解调精度的要求，另外系统的动态范围受到载波频率的限制。3×3耦合器解调需要3路信号同时采集，数据量更大且导致系统复杂，因为3×3耦合器解调原理基于的夹角为120°，但是实际生产的3×3耦合器并不是精准的120°，所以3×3耦合器的夹角也会影响解调精度。
综上所述，现有技术的获取解调数据的过程比较复杂，影响精度的因素多，造成获取的解调数据时精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤分布式监测系统及方法。以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种光纤分布式监测系统，该系统包括激光器、声光调制器、相位匹配干涉仪、光电探测器和相位解调模块。所述激光器用于输出连续激光；所述连续激光输送至所述声光调制器内，所述声光调制器用于将所述连续激光斩波为脉冲光。所述脉冲光传输至传感光纤内，所述传感光纤用于在探测到振动或声波信号后输出含有所述振动或声波信号的后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光传输至所述相位匹配干涉仪内。所述相位匹配干涉仪用于将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光，且用于通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及用于通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制。其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。所述相位匹配干涉仪还用于将所述干涉光传输至所述光电探测器内。所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块。所述相位解调模块用于基于Hilbert算法对所述干涉电信号进行相位解调，获得振动或声波信息。
可选地，上述相位匹配干涉仪包括耦合器，所述第一臂包括：第一压电陶瓷、第一法拉第旋转镜、第一光纤，所述第一光纤绕设于所述第一压电陶瓷上。所述后向瑞利散射光进入所述耦合器的第一端后，从所述耦合器的第三端输出所述第一部分后向瑞利散射光至所述第一光纤，所述第一调制波形加在所述第一压电陶瓷上，以对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制。调相后的所述第一部分后向瑞利散射光在通过所述第一光纤经过所述第一法拉第旋转镜反射回所述第三端。
所述第二臂包括：第二压电陶瓷、第二法拉第旋转镜和第二光纤，所述第二光纤绕设于所述第二压电陶瓷上。所述后向瑞利散射光进入所述耦合器的第一端后，从所述耦合器的第四端输出所述第二部分后向瑞利散射光至所述第二光纤。所述第二调制波形加在所述第二压电陶瓷上，以对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制，调相后的所述第二部分后向瑞利散射光在通过所述第二光纤经过所述第二法拉第旋转镜反射回所述第四端。所述调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和所述调相后的所述第二部分后向瑞利散射光产生干涉光并由所述耦合器的第二端输出至所述光电探测器。
可选地，上述耦合器为1：1分光比的2×2耦合器。
可选地，上述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的直径范围为1cm－3cm。
可选的，所述系统还包括：第一放大器和环形器。所述脉冲光经过所述第一放大器放大后，进入所述环形器的第一端后从所述环形器的第二端传输至所述传感光纤内；所述后向瑞利散射光经过所述环形器的第三端输出至所述耦合器的第一端。
可选的，所述系统还包括第二放大器和滤波器，从所述环形器的第三端输出的所述后向瑞利散射光、依次经过所述第二放大器放大后、所述滤波器滤波后，传输至所述耦合器的第一端。
可选的，所述相位解调模块用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号；以及用于基于所述干涉电信号和所述Hilbert变换信号，获得振动或声波信息。
可选的，所述相位解调模块用于将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号。将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号。将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号。将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号。将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号。将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号。以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
第二方面，本发明实施例提供了一种光纤分布式监测方法，应用于上述第一方面所述的光纤分布式监测系统。所述方法包括：
激光器输出连续激光至所述声光调制器。
声光调制器将所述连续激光斩波为脉冲光。
环形器的第一端输入脉冲光并从所述环形器的第三端输出所述后向瑞利散射光。
相位匹配干涉仪将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光；且通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上的所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制。其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。
光电探测器将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块。
相位解调模块用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号。将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号。将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号。将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号。将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号。将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号。将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号。以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
本发明实施例提供了一种光纤分布式监测系统及方法，相位匹配干涉仪将采集的后向瑞利散射光进行相位调制时；将所述后向瑞利散射光分为两路分别进入所述相位匹配干涉仪的两臂，并分别加入调制波形对所述后向瑞利散射光进行相位调制。相位匹配干涉仪两臂的后向瑞利散射光经过调相后相位差满足在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。相位解调模块基于Hilbert算法进行相位解调时，只需采集干涉光信号而无需对调制波信号进行采样，所以一方面实现了单路采集，另一方面对加入的调制波形的幅值和波形不会像PGC方案对调制波形的要求那么严格，只需满足调制波形之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可，且波形是三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。因此，相较于3×3耦合器方案的3路采集以及PGC方案的两路信号采集。本发明实施例中的系统结构简单，进一步，因为系统结构的简化，也减少了系统的故障率，并减低了系统数据的处理量，进而影响解调精度的因素减少，因此能更加准确且方便的获取环境的振动或声波信息。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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是本发明实施例提供的光纤分布式监测系统的连接框图；
图2是本发明实施例提供的光纤分布式监测系统的又一种连接框图；
图3是本发明实施例提供的光纤分布式监测方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的Hilbert算法的流程图。
附图标记汇总：
10－光纤分布式监测系统；60－滤波器；120－激光器；130－声光调制器；140－环形器；200－相位匹配干涉仪；220－耦合器；300－光电探测器；400－相位解调模块。
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。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请结合参照图1和图2，本发明实施例提供了一种光纤分布式监测系统10，该系统10包括激光器120、声光调制器130、相位匹配干涉仪200、光电探测器300和相位解调模块400。所述激光器120用于输出连续激光；所述连续激光输送至所述声光调制器130内，所述声光调制器130用于将所述连续激光斩波为脉冲光。所述脉冲光传输至传感光纤内，所述传感光纤用于在探测到振动或声波信号后输出含有所述振动或声波信号的后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光传输至所述相位匹配干涉仪200内。所述相位匹配干涉仪200用于将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光，且用于通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪200的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及用于通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪200的第二臂上对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制。其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪200两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。所述相位匹配干涉仪200还用于将所述干涉光传输至所述光电探测器300内。所述光电探测器300用于将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块400。所述相位解调模块400用于基于Hilbert算法对所述干涉电信号进行相位解调，获得振动或声波信息。
进一步的，本发明实施例中，相位匹配干涉仪200将采集的后向瑞利散射光进行相位调制时；将所述后向瑞利散射光分为两路分别进入所述相位匹配干涉仪200的两臂，并分别加入调制波形对所述后向瑞利散射光进行相位调制。相位匹配干涉仪200两臂的后向瑞利散射光经过调相后相位差满足在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。相位解调模块400基于Hilbert算法进行相位解调时，只需采集干涉光信号而无需对调制波信号进行采样，所以一方面实现了单路采集，另一方面对加入的调制波形的幅值和波形不会像PGC方案对调制波形的要求那么严格，只需满足调制波形之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪200两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可，且波形是三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。因此，相较于3×3耦合器方案的3路采集以及PGC方案的两路信号采集。本发明实施例中的系统结构简单，进一步，因为系统结构的简化，也减少了系统的故障率，并减低了系统数据的处理量，进而影响解调精度的因素减少，因此能更加准确且方便的获取环境的振动或声波信息。
进一步的，由于本发明实施例中，所述相位解调模块400基于Hilbert算法获取环境的振动和声波信息时，需满足相位匹配干涉仪200两臂的光在调相后相位差在0－2π范围内。为了使相位匹配干涉仪200两臂的光在调相后相位差在0－2π范围内，加入的所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差只需满足大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪200两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可。
可选地，上述相位匹配干涉仪200包括耦合器220，所述相位匹配干涉仪200的第一臂包括：第一压电陶瓷、第一法拉第旋转镜、第一光纤，所述第一光纤绕设于所述第一压电陶瓷上。所述后向瑞利散射光进入所述耦合器220的第一端后，从所述耦合器220的第三端输出所述第一部分后向瑞利散射光至所述第一光纤，所述第一调制波形加在所述第一压电陶瓷上，以对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制。调相后的所述第一部分后向瑞利散射光在通过所述第一光纤经过所述第一法拉第旋转镜反射回所述第三端。
所述相位匹配干涉仪200的第二臂包括：第二压电陶瓷、第二法拉第旋转镜和第二光纤，所述第二光纤绕设于所述第二压电陶瓷上。所述后向瑞利散射光进入所述耦合器220的第一端后，从所述耦合器220的第四端输出所述第二部分后向瑞利散射光至所述第二光纤。所述第二调制波形加在所述第二压电陶瓷上，以对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制，调相后的所述第二部分后向瑞利散射光在通过所述第二光纤经过所述第二法拉第旋转镜反射回所述第四端。
可选地，所述传感光纤放置于所述待测环境中，当所述待测环境的参数变化时，将带有参数信息的后向瑞利散射光传输到所述相位匹配干涉仪200内。需要说明的是，在本发明实施例中，所述参数信息可以为振动或者声波信息，但不限于仅仅为振动或声波信息，在具体的实施方案中，参数信息可以为其他信息。
可选的，所述系统10还包括：第一放大器和环形器140。所述脉冲光经过所述第一放大器放大后，进入所述环形器140的第一端后从所述环形器140的第二端传输至所述传感光纤内；所述后向瑞利散射光经过所述环形器140的第三端输出至所述耦合器220的第一端。
可选的，所述系统还包括第二放大器和滤波器60，从所述环形器140的第三端输出的所述后向瑞利散射光、依次经过所述第二放大器放大后、所述滤波器60滤波后，传输至所述耦合器220的第一端。
进一步的，在本发明实施例中，所述第一调制波形和所述第二调制波形没有特定的限制，可以为三角形波、锯齿波或者正弦波；只需要满足调制波频率fC最高为相位解调系统采样率fS的一半，即满足
Figure GDA0002443794250000101
的条件。同时，所述第一调制波形和所述第二调制波形可以单独使用，也可以配合使用。例如：当所述第一压电陶瓷加上所述第一调制波形，所述第二压电陶瓷可以不用加所述第二调制波形；但所述第二压电陶瓷也可以加所述第二调制波形。进一步的，当同时加上所述第一调制波形和所述第二调制波形的情况下，当所述第一调制波形选择为三角形波时，所述第二调制波形选择可以为三角形波、锯齿波或者正弦波中的任意一种。只需满足所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪200两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可。因此所述第一调制波形和所述第二调制波形的选择相对灵活，实用性更强。提高了所述分布式光纤监测系统的实用性和便捷性。
进一步的，请参照图2，所述激光器120用于输出窄线宽连续激光。所述窄线宽连续激光传输至所述声光调制器130。所述声光调制器130用于对接收到的窄线宽连续激光斩波为脉冲光。所述脉冲光经过所述第一放大器放大后，进入所述环形器140的第一端后从所述环形器140的第二端传输至所述传感光纤内。所述传感光纤探测到振动或声波信号输出含有所述振动或声波信号的后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光经过所述环形器140的第三端输出至所述相位匹配干涉仪200。
进一步的，在图2中，AOM为声光调制器130，可以将激光器120发出的光激光变换为脉冲光。EDFA为放大器，C1、C2、C3分别为环形器140的第一端、环形器140的第二端和环形器140的第三端。PD为光电探测器300。
可选地，所述第一放大器和第二发大器可以是掺铒光纤放大器。
可选地，上述耦合器220可以为1：1分光比的2×2耦合器220。
可选地，上述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的直径范围可以为1cm－3cm。
进一步的，在图2中，Q1、Q2、Q3和Q4分别为耦合器220的第一端、耦合器220的第二端、耦合器220的第三端、耦合器220的第四端。PZT为压电陶瓷，所述压电陶瓷的特性为当加在压电陶瓷两端的电压发生变化时，所述压电陶瓷的尺寸也会发生变化。FRM为法拉第旋镜，所述法拉第旋镜用于将调制后的反射回去，例如，所述第一法拉第旋镜可以将所述调相后的第一部分后向瑞利散射光反射回所述耦合器220的第三端；所述第二法拉第旋镜可以将所述调相后的第二部分后向瑞利散射光反射回所述耦合器220的第四端。
可选的，所述调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和所述调相后的所述第二部分后向瑞利散射光产生干涉光信号并由所述耦合器220的第二端输出至所述光电探测器300。所述光电探测器300将所述干涉光信号转换为所述干涉电信号，并发送给所述相位解调模块400。
可选的，所述相位解调模块400用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号；以及用于基于所述干涉电信号和所述Hilbert变换信号，获得振动或声波信息。
可选的，所述相位解调模块400用于将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号。将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号。将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号。将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号。将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号。将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号。以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
可选的，请参阅图3，本发明实施例提供了一种光纤分布式监测方法，应用于上述第一方面所述的光纤分布式监测系统10。结合所述方法进一步的理解本发明的具体实现方式，所述方法包括：
S100：激光器输出连续激光至声光调制器。
S200：所述声光调制器将所述连续激光斩波为脉冲光。
S300：环形器的第一端输入脉冲光并从所述环形器的第三端输出所述后向瑞利散射光。
S400：相位匹配干涉仪将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光；且通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上的所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制。其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。
S500：光电探测器将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块。
S600：相位解调模块用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号。将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号。将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号。将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号。将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号。将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号。将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号。以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
进一步的，上述的算法均是通过系统的硬件完成的，图4中的a、b、c、d、e、f、g分别代表信号。a代表干涉信号，b代表Hilbert变换信号，c代表第一微分信号，d表第二微分信号，e代表第一乘积信号，f代表第二乘积信号，g代表差信号，h代表积分信号。
进一步的，从图4看出，上述的步骤为干涉信号a进行Hilbert变换为信号b，信号b进入到微分器进行微分运算为信号c，信号c与干涉信号a相乘为信号e；干涉信号a进行微分运算为信号d，信号b与信号d相乘为信号f，信号e减去信号f得到信号g，信号g进行积分运算得到信号h，信号h进行滤波处理最后得到振动/声波信息。由上述Hilbert算法可以看出，在最后基于算法处理时，只需所述干涉电信号。因此该方法相对简单且容易实现，实用性很高。
本发明实施例提供了一种光纤分布式监测系统及方法，该系统包括激光器、声光调制器、相位匹配干涉仪、光电探测器和相位解调模块。所述激光器用于输出连续激光；所述连续激光输送至所述声光调制器内，所述声光调制器用于将所述连续激光斩波为脉冲光。所述脉冲光传输至传感光纤内，所述传感光纤用于在探测到振动或声波信号后输出含有所述振动或声波信号的后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光传输至所述相位匹配干涉仪内。所述相位匹配干涉仪用于将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光，且用于通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及用于通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上的另一条臂上对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制。其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。所述相位匹配干涉仪还用于将所述干涉光传输至所述光电探测器内。所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块。所述相位解调模块用于基于Hilbert算法对所述干涉电信号进行相位解调，获得振动或声波信息。相位匹配干涉仪将采集的后向瑞利散射光进行相位调制时；将所述后向瑞利散射光分为两路分别进入所述相位匹配干涉仪的两臂，并分别加入调制波形对所述后向瑞利散射光进行相位调制。相位匹配干涉仪两臂的后向瑞利散射光经过调相后相位差满足在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光。相位解调模块基于Hilbert算法进行相位解调时，只需采集干涉光信号而无需对调制波信号进行采样，所以一方面实现了单路采集，另一方面对加入的调制波形的幅值和波形不会像PGC方案对调制波形的要求那么严格，只需满足调制波形之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值即可，且波形是三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种。因此，相较于3×3耦合器方案的3路采集以及PGC方案的两路信号采集。本发明实施例中的系统结构简单，进一步，因为系统结构的简化，也减少了系统的故障率，并减低了系统数据的处理量，进而影响解调精度的因素减少，因此能更加准确且方便的获取环境的振动或声波信息。
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 (9)

1.一种光纤分布式监测系统，其特征在于，包括激光器、声光调制器、相位匹配干涉仪、光电探测器和相位解调模块；
所述激光器用于输出连续激光；所述连续激光输送至所述声光调制器内，所述声光调制器用于将所述连续激光斩波为脉冲光；
所述脉冲光传输至传感光纤内，所述传感光纤用于在探测到振动或声波信号后输出含有所述振动或声波信号的后向瑞利散射光，所述后向瑞利散射光传输至所述相位匹配干涉仪内；
所述相位匹配干涉仪用于将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光，且用于通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及用于通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制，其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光；所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种；
所述相位匹配干涉仪还用于将所述干涉光传输至所述光电探测器内；
所述光电探测器用于将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给所述相位解调模块；
所述相位解调模块用于基于Hilbert算法对所述干涉电信号进行相位解调，获得振动或声波信息。
2.根据权利要求1所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述相位匹配干涉仪包括耦合器，所述第一臂包括：第一压电陶瓷、第一法拉第旋转镜、第一光纤，所述第一光纤绕设于所述第一压电陶瓷上，所述后向瑞利散射光进入所述耦合器的第一端后，从所述耦合器的第三端输出所述第一部分后向瑞利散射光至所述第一光纤，所述第一调制波形加在所述第一压电陶瓷上，以对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光在通过所述第一光纤经过所述第一法拉第旋转镜反射回所述第三端；
所述包括：第二压电陶瓷、第二法拉第旋转镜和第二光纤，所述第二光纤绕设于所述第二压电陶瓷上，所述后向瑞利散射光进入所述耦合器的第一端后，从所述耦合器的第四端输出所述第二部分后向瑞利散射光至所述第二光纤，所述第二调制波形加在所述第二压电陶瓷上，以对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制，调相后的所述第二部分后向瑞利散射光在通过所述第二光纤经过所述第二法拉第旋转镜反射回所述第四端，所述调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和所述调相后的所述第二部分后向瑞利散射光产生干涉光并由所述耦合器的第二端输出至所述光电探测器。
3.根据权利要求2所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述耦合器为1：1分光比的2×2耦合器。
4.根据权利要求2所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的直径范围为1cm－3cm。
5.根据权利要求2所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述系统还包括：第一放大器和环形器，所述脉冲光经过所述第一放大器放大后，进入所述环形器的第一端后从所述环形器的第二端传输至所述传感光纤内，所述后向瑞利散射光经过所述环形器的第三端输出至所述耦合器的第一端。
6.根据权利要求5所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述系统还包括第二放大器和滤波器，从所述环形器的第三端输出的所述后向瑞利散射光、依次经过所述第二放大器放大后、所述滤波器滤波后，传输至所述耦合器的第一端。
7.根据权利要求1所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述相位解调模块用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号；以及用于基于所述干涉电信号和所述Hilbert变换信号，获得振动或声波信息。
8.根据权利要求7所述的光纤分布式监测系统，其特征在于，所述相位解调模块用于将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号，将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号；将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号；将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号；将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号；将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号；以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
9.一种光纤分布式监测方法，其特征在于，应用于如权利要求1－8任一项所述的光纤分布式监测系统，所述方法包括：
激光器输出连续激光至声光调制器；
所述声光调制器将所述连续激光斩波为脉冲光；
环形器的第一端输入脉冲光并从所述环形器的第三端输出后向瑞利散射光；
相位匹配干涉仪将所述后向瑞利散射光分光为第一部分后向瑞利散射光和第二部分后向瑞利散射光，且通过第一调制波加在所述相位匹配干涉仪的第一臂上对所述第一部分后向瑞利散射光进行相位调制，以及通过第二调制波加在所述相位匹配干涉仪的第二臂上对所述第二部分后向瑞利散射光进行相位调制，其中，调相后的所述第一部分后向瑞利散射光和调相后的所述第二部分后向瑞利散射光的相位差在0－2π范围内且相互干涉产生干涉光；所述第一调制波和所述第二调制波之间的幅值差大于或等于能够使得所述相位匹配干涉仪两臂的光相位差为2π的幅差阈值，且所述第一调制波形和所述第二调制波形均为三角波、锯齿波或正弦波中的任意一种；
光电探测器将所述干涉光转换为干涉电信号并将所述干涉电信号发送给相位解调模块；
所述相位解调模块用于对所述干涉电信号进行Hilbert变换，以获得Hilbert变换信号，将所述Hilbert变换信号进行微分运算后，获得第一微分信号，将所述第一微分信号和所述干涉电信号相乘，获得第一乘积信号；将所述干涉电信号进行微分运算后，获得第二微分信号；将所述Hilbert变换信号与所述第二微分信号相乘，获得第二乘积信号；将所述第一乘积信号减去所述第二乘积信号，获得差信号；将所述差信号进行积分运算后，获得积分信号；以及用于将所述积分信号进行滤波处理后，获得振动或声波信息。
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