CN109186743A - 一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：激光器；第一功分器；声光调制器；第二功分器；第一分量系统；第二分量系统；第三分量系统；三分量光缆结构；第三功分器；第一耦合器；第二耦合器；第三耦合器；三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号的数据采集系统。通过本发明，解决了相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统不能同时测量三分量振动信号的技术问题，利用一个窄线宽激光器、声光调制器和三分量声敏感光缆的定位缆芯结构，达到了既满足三路光信号的相位敏感光时域反射计同时探测，又节约制造成本的技术效果。

Description

一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统

技术领域

本发明涉及分布式监测技术领域，尤其涉及一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统。

背景技术

相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤声敏感系统(DAS)是利用超窄线宽激光光源经过调制后形成脉冲激光作为探针光源，通过检测和相干解调传感光纤中背向瑞利散射光的相位信号来实现分布式振动或声传感。由于光纤制造工艺的不完善或光纤微观上的不稳定性导致光纤纤芯折射率的不均匀性，从而不可避免的产生入射光的背向瑞利散射。外界振动或声音作用于传感光纤导致背向瑞利散射光在传输时的相位发生变化，通过检测获取相位信息就可以实现对外界振动或声音的测量。

相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统具有结构简单、灵敏度高、系统稳定、无需外场供电、检测距离长、探测范围广，以及抗电磁干扰等优势，在周界安防、油气管道、通信光缆监测等领域得到了广泛应用，对油气地震勘探、振动监测来说具有重要的意义。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统无法同时测量三分量振动信号的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：激光器，所述激光器发射激光；第一功分器，所述第一功分器接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；声光调制器，所述声光调制器接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；第二功分器，所述第二功分器接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；第一分量系统，所述第一分量系统接收并输出所述第一脉冲光；第二分量系统，所述第二分量系统接收并输出所述第二脉冲光；第三分量系统，所述第三分量系统接收并输出所述第三脉冲光；三分量光缆结构，所述三分量光缆结构分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；第三功分器，所述第三功分器接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；第一耦合器，所述第一耦合器接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；第二耦合器，所述第二耦合器接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；第三耦合器，所述第三耦合器接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；数据采集系统，所述数据采集系统的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。

优选的，所述系统还包括：第一隔离器，所述第一隔离器位于所述激光器和所述第一功分器之间，接收所述激光器发出的激光并发送至所述第一功分器。

优选的，所述第一分量系统包括：第一光纤放大器，所述第一光纤放大器接收并放大所述第一脉冲光；第一环形器，所述第一环形器接收并输出经过所述第一光纤放大器放大的第一脉冲光；其中，所述纵向振动信号经所述第一环形器输出并发送至所述第一耦合器。

优选的，所述第二分量系统包括：第二光纤放大器，所述第二光纤放大器接收并放大所述第二脉冲光；第二环形器，所述第二环形器接收并输出经过所述第二光纤放大器放大的第二脉冲光；其中，所述径向振动信号经所述第二环形器输出并发送至所述第二耦合器。

优选的，所述第三分量系统包括：第三光纤放大器，所述第三光纤放大器接收并放大所述第三脉冲光；第三环形器，所述第三环形器接收并输出经过所述第三光纤放大器放大的第三脉冲光；其中，所述切向振动信号经所述第三环形器输出并发送至所述第三耦合器。

优选的，所述数据采集系统包括：第一探测器，所述第一探测器接收所述第一光信号，并转换为第一电信号；第一通道，所述第一通道接收并采集所述第一电信号；第二探测器，所述第二探测器接收所述第二光信号，并转换为第二电信号；第二通道，所述第二通道接收并采集所述第二电信号；第三探测器，所述第三探测器接收所述第三光信号，并转换为第三电信号，其中，所述第三探测器、所述第二探测器和所述第一探测器的探测空间分辨率相同；第三通道，所述第三通道接收并采集所述第三电信号。

优选的，所述三分量光缆结构包括：定位缆芯，所述定位缆芯为横截面为矩形的立体结构；纵向传感光缆，所述纵向传感光缆嵌于所述定位缆芯的一侧，接收并纵向调制所述第一脉冲光，输出所述纵向振动信号；第二隔离器，所述第二隔离器位于所述纵向传感光缆末端；径向传感光缆，所述径向传感光缆嵌于所述定位缆芯的另一侧，接收并径向调制所述第二脉冲光，输出所述径向振动信号；第三隔离器，所述第三隔离器位于所述径向传感光缆末端；切向传感光缆，所述切向传感光缆嵌于所述定位缆芯的顶面，接收并切向调制所述第三脉冲光，输出所述切向振动信号；第四隔离器，所述第四隔离器位于所述切向传感光缆末端。

优选的，所述三分量光缆结构还包括：第一纤维填充物，所述第一纤维填充物填充在所述纵向传感光缆外围；第二填充物，所述第二填充物分别填充在所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的两侧；铝带，所述铝带包裹在所述三分量光缆结构外围；护套，所述护套位于所述铝带外侧。

优选的，所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的结构相同，包括：光纤；矩形包覆结构，所述矩形包覆结构包覆在所述光纤外围。

优选的，所述脉冲光的重复频率与所述三分量光缆结构中的传感光纤的长度相匹配，所述脉冲光的脉冲宽度与所述第一探测器的探测空间分辨率相匹配。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例通过提供一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：激光器，所述激光器发射激光；第一功分器，所述第一功分器接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；声光调制器，所述声光调制器接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；第二功分器，所述第二功分器接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；第一分量系统，所述第一分量系统接收并输出所述第一脉冲光；第二分量系统，所述第二分量系统接收并输出所述第二脉冲光；第三分量系统，所述第三分量系统接收并输出所述第三脉冲光；三分量光缆结构，所述三分量光缆结构分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；第三功分器，所述第三功分器接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；第一耦合器，所述第一耦合器接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；第二耦合器，所述第二耦合器接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；第三耦合器，所述第三耦合器接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；数据采集系统，所述数据采集系统的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。解决了相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统不能同时测量三分量振动信号的技术问题，利用一个窄线宽激光器、声光调制器和三分量声敏感光缆的定位缆芯结构，达到了既满足三路光信号的相位敏感光时域反射同时探测，又节约制造成本的技术效果。

2、本发明实施例通过所述三分量光缆结构包括：定位缆芯，所述定位缆芯为横截面为矩形的立体结构；纵向传感光缆，所述纵向传感光缆嵌于所述定位缆芯的一侧，接收并纵向调制所述第一脉冲光，输出所述纵向振动信号；第二隔离器，所述第二隔离器位于所述纵向传感光缆末端；径向传感光缆，所述径向传感光缆嵌于所述定位缆芯的另一侧，接收并径向调制所述第二脉冲光，输出所述径向振动信号；第三隔离器，所述第三隔离器位于所述径向传感光缆末端；切向传感光缆，所述切向传感光缆嵌于所述定位缆芯的顶面，接收并切向调制所述第三脉冲光，输出所述切向振动信号；第四隔离器，所述第四隔离器位于所述切向传感光缆末端。进一步达到了便于加工、安装，同时在光缆外观可以辨别振动敏感方向的技术效果。

3、本发明实施例通过所述三分量光缆结构还包括：第一纤维填充物，所述第一纤维填充物填充在所述纵向传感光缆外围；第二填充物，所述第二填充物分别填充在所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的两侧；铝带，所述铝带包裹在所述三分量光缆结构外围；护套，所述护套位于所述铝带外侧。进一步达到了隔绝其他方向振动影响，径向、切向、纵向敏感光缆仅接收相同方向振动，提高探测精度的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统中立式光纤包覆结构的横截面示意图；

图3为本发明实施例提供的一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统中三分量声敏感光缆的定位缆芯结构。

附图标记说明：激光器1；第一功分器2；声光调制器3；第二功分器4；第一分量系统5；第一光纤放大器51；第一环形器52；第二光纤放大器53；第二环形器54；第三光纤放大器55；第三环形器56；第二分量系统6；第三分量系统7；三分量光缆结构8；纵向传感光缆81；第二隔离器82；径向传感光缆83；第三隔离器84；切向传感光缆85；第四隔离器86；第三功分器9；第一耦合器10；第二耦合器11；第三耦合器12；数据采集系统13；第一探测器131；第一通道132；第二探测器133；第二通道134；第三探测器135；第三通道136；第一隔离器14；第一纤维填充物15；第二填充物16；铝带17；光纤18；矩形包覆结构19；包覆带20；定位缆芯21。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，解决了相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统不能同时测量三分量振动信号的技术问题，利用一个窄线宽激光器、声光调制器和三分量声敏感光缆的定位缆芯结构，达到了既满足三路光信号的相位敏感光时域反射同时探测，又节约制造成本的技术效果。

本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：激光器，所述激光器发射激光；第一功分器，所述第一功分器接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；声光调制器，所述声光调制器接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；第二功分器，所述第二功分器接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；第一分量系统，所述第一分量系统接收并输出所述第一脉冲光；第二分量系统，所述第二分量系统接收并输出所述第二脉冲光；第三分量系统，所述第三分量系统接收并输出所述第三脉冲光；三分量光缆结构，所述三分量光缆结构分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；第三功分器，所述第三功分器接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；第一耦合器，所述第一耦合器接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；第二耦合器，所述第二耦合器接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；第三耦合器，所述第三耦合器接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；数据采集系统，所述数据采集系统的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。通过本发明，解决了相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统不能同时测量三分量振动信号的技术问题，利用一个窄线宽激光器、声光调制器和三分量声敏感光缆的定位缆芯结构，达到了既满足三路光信号的相位敏感光时域反射同时探测，又节约制造成本的技术效果。

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，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：

激光器1，所述激光器1发射激光；

具体的，所述激光器1为窄线宽光纤激光器，窄线宽光纤激光器是指激光以腔内振动单一纵模的形式输出，其特征是激光光谱线宽非常狭窄，最高可达到10-15nm，比现有窄线宽DFB激光器的线宽还要窄两个数量级，比目前光通信网络中DWDM信号光源的线宽要窄5～6个数量级。窄线宽单纵模光纤激光器可以保证激光具有极好的相干特性。窄线宽光纤激光器在超高精度激光雷达、船舶水听器、航天器对接、卫星间通信及光纤通信领域具有极其广泛的应用。

第一功分器2，所述第一功分器2接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；进一步的，所述系统还包括：第一隔离器14，所述第一隔离器14位于所述激光器1和所述第一功分器2之间，接收所述激光器1发出的激光并发送至所述第一功分器2。

具体的，所述第一功分器2为1×2功分器，当所述激光器1发出的激光经过第一隔离器14后，所述第一隔离器14将其进行隔离和转换，转换后进入所述第一功分器2，由所述第一功分器2按60:40分为两部分，40％的部分连续光进入第三功分器9，其余60％的部分连续光经声光调制器3调制为一定重复频率和脉冲宽度的窄脉冲光。

声光调制器3，所述声光调制器3接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；

具体的，所述声光调制器3以电信号(调幅)形式作用于电声换能器上，再转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。当所述第一功分器2将分出的60％的部分连续光传输至所述声光调制器3后，所述声光调制器3将其调制为一定重复频率和脉冲宽度的窄脉冲光，脉冲光的重复频率与传感光纤的长度相匹配，脉冲宽度与探测空间分辨率相匹配。

第二功分器4，所述第二功分器4接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；

具体的，所述第二功分器4为1×3功分器，所述第二功分器4接收所述声光调制器3发送的脉冲光，并将其等分为功率相等的三部分。

第一分量系统5，所述第一分量系统5接收并输出所述第一脉冲光；进一步的，所述第一分量系统5包括：第一光纤放大器51，所述第一光纤放大器51接收并放大所述第一脉冲光；第一环形器52，所述第一环形器52接收并输出经过所述第一光纤放大器放大51的第一脉冲光；其中，所述纵向振动信号经所述第一环形器52输出并发送至所述第一耦合器10。

具体的，所述第一分量系统5接收并输出所述第一脉冲光，经过第一光纤放大器51放大后进入第一环形器52，然后进入纵向传感光纤，并在末端加入第二隔离器82，防止末端断面反射光的影响。纵向振动信号对传感光纤进行调制，脉冲光在光纤的传播过程中产生背向瑞利散射光，背向瑞利散射光经第一环形器52进入第一耦合器10，第一耦合器10的另一个输入端输入第三功分器9输出的本振参考光，它与背向瑞利散射光同时到达第一耦合器10进行相干，输出的两束拍频信号采用外差接收技术，利用平衡探测器将接收到的光信号转为电信，并由数据采集系统13的第一通道132采集。

第二分量系统6，所述第二分量系统6接收并输出所述第二脉冲光；进一步的，所述第二分量系统6包括：第二光纤放大器53，所述第二光纤放大器53接收并放大所述第二脉冲光；第二环形器54，所述第二环形器54接收并输出经过所述第二光纤放大器53放大的第二脉冲光；其中，所述径向振动信号经所述第二环形器54输出并发送至所述第二耦合器11。

具体的，同上述步骤，所述第二分量系统6接收并输出所述第二脉冲光，所述第二部分脉冲光经过第二光纤放大器53、第二环形器54后进入径向传感器光纤，感受径向振动信号，振动信号经第二环形器54、第二耦合器11、平衡探测器后转为电信号，由数据采集系统13的第二通道134采集。

第三分量系统7，所述第三分量系统7接收并输出所述第三脉冲光；进一步的，所述第三分量系统7包括：第三光纤放大器55，所述第三光纤放大器55接收并放大所述第三脉冲光；第三环形器56，所述第三环形器56接收并输出经过所述第三光纤放大器55放大的第三脉冲光；其中，所述切向振动信号经所述第三环形器56输出并发送至所述第三耦合器12。

具体的，同上述步骤，第三部分脉冲光经过第三光纤放大器55、第三环形器56后进入切向传感器光纤，感受切向振动信号，振动信号经第三环形器56、第三耦合器12、平衡探测器后转为电信号，由数据采集系统13的第三通道136采集。

三分量光缆结构8，所述三分量光缆结构8分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；进一步的，所述三分量光缆结构8包括：定位缆芯21，所述定位缆芯21为横截面为矩形的立体结构；纵向传感光缆81，所述纵向传感光缆81嵌于所述定位缆芯21的一侧，接收并纵向调制所述第一脉冲光，输出所述纵向振动信号；第二隔离器82，所述第二隔离器82位于所述纵向传感光缆81末端；径向传感光缆83，所述径向传感光缆83嵌于所述定位缆芯21的另一侧，接收并径向调制所述第二脉冲光，输出所述径向振动信号；第三隔离器84，所述第三隔离器84位于所述径向传感光缆83末端；切向传感光缆85，所述切向传感光缆85嵌于所述定位缆芯21的顶面，接收并切向调制所述第三脉冲光，输出所述切向振动信号；第四隔离器86，所述第四隔离器86位于所述切向传感光缆85末端。进一步的，所述三分量光缆结构8还包括：第一纤维填充物15，所述第一纤维填充物15填充在所述纵向传感光缆81外围；第二填充物16，所述第二填充物16分别填充在所述径向传感光缆83和所述切向传感光缆85的两侧；铝带17，所述铝带17包裹在所述三分量光缆结构8外围；护套(图中未示出)，所述护套位于所述铝带17外侧。进一步的，所述径向传感光缆83和所述切向传感光缆85的结构相同，包括：光纤18；矩形包覆结构19，所述矩形包覆结构19包覆在所述光纤18外围。

具体的，如图1、图3所示，所述三分量声敏感光缆结构8在定位缆芯21左侧填充所述第一纤维填充物15，光纤18外包覆隔振的包覆带20，压入纵向光缆定位孔，在固定纵向传感光缆81的同时，隔绝切向和径向振动对纵向光缆81的影响。在定位缆芯21的顶部放入长方形传感光缆作为切向传感光缆85，在切向传感光缆85的两侧填充所述第二填充物16，使得切向传感光缆85仅接受切向振动，由传音效果差的纤维状填充物隔绝径向振动的影响。在定位缆芯21的右侧放入长方形传感光缆作为径向敏感光缆，在径向传感光缆83的两侧填充隔第二填充物16，使得径向传感光缆83仅接受径向振动，由隔振纤维状填充物隔绝切向振动的影响。在此基础上，整个光缆先包覆一层铝带17起到固定与传音作用，再包覆外层护套，外层护套材料要求经过声阻抗设计，使得待测介质与敏感光纤之间有较好的声耦合，传感光缆结构内部可填充防水油膏或防水粉。外层护套包覆完成后定位缆芯21的底部应成为平台状，作为三分量光缆结构8定位面标记。

如图2所示，光纤18处于矩形包覆结构19的中间部位，矩形包覆结构19应采用高传音材料，如铝等材料制成，目的是将横截面上长度方向的振动传给光纤。

第三功分器9，所述第三功分器9接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；

具体的，所述第一功分器2分出的40％的连续光进入所述第三功分器9，所述第三功分器9将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光。

第一耦合器10，所述第一耦合器10接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；

具体的，所述纵向振动信号对传感光纤进行调制，脉冲光在光纤的传播过程中产生背向瑞利散射光，背向瑞利散射光经环形器进入第一耦合器10，第一耦合器10的另一个输入端输入第三功分器9输出的本振参考光，它与背向瑞利散射光同时到达第一耦合器10进行相干，输出的两束拍频信号采用外差接收技术，利用平衡探测器将接收到的光信号转为电信号，并由数据采集系统13的第一通道132采集。

第二耦合器11，所述第二耦合器11接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；

具体的，与第一耦合器10同理，所述第二耦合器11接收所述径向振动信号和第二本振信号，并进行耦合，耦合后利用平衡探测器将接收到的光信号转为电信号，并由数据采集系统13的第二通道134采集。

第三耦合器12，所述第三耦合器12接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；

具体的，与第一耦合器10同理，所述第三耦合器12接收所述切向振动信号和第二本振信号，并进行耦合，耦合后利用平衡探测器将接收到的光信号转为电信号，并由数据采集系统13的第三通道136采集。

数据采集系统13，所述数据采集系统13的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。进一步的，所述数据采集系统包括：第一探测器，所述第一探测器接收所述第一光信号，并转换为第一电信号；第一通道132，所述第一通道312接收并采集所述第一电信号；第二探测器133，所述第二探测器133接收所述第二光信号，并转换为第二电信号；第二通道134，所述第二通道134接收并采集所述第二电信号；第三探测器135，所述第三探测器135接收所述第三光信号，并转换为第三电信号，其中，所述第三探测器135、所述第二探测器133和所述第一探测器131的探测空间分辨率相同；第三通道136，所述第三通道136接收并采集所述第三电信号。进一步的，所述脉冲光的重复频率与所述三分量光缆结构中的传感光纤的长度相匹配，所述脉冲光的脉冲宽度与所述第一探测器的探测空间分辨率相匹配。

具体的，所述第一耦合器10输出第一光信号，所述第一探测器131接收所述第一光信号，并将其转换为第一电信号并输出至所述数据采集系统13的第一通道132，所述第二耦合器11输出第二光信号，所述第二探测器133接收所述第二光信号，并将其转换为第二电信号并输出至所述数据采集系统13的第二通道134，所述第三耦合器12输出第三光信号，所述第三探测器135接收所述第三光信号，并将其转换为第三电信号并输出至所述数据采集系统13的第三通道136，其中所述脉冲光的重复频率与所述三分量光缆结构中的传感光纤的长度相匹配，所述脉冲光的脉冲宽度与所述第一探测器的探测空间分辨率相匹配。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例通过提供一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，所述系统包括：激光器，所述激光器发射激光；第一功分器，所述第一功分器接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；声光调制器，所述声光调制器接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；第二功分器，所述第二功分器接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；第一分量系统，所述第一分量系统接收并输出所述第一脉冲光；第二分量系统，所述第二分量系统接收并输出所述第二脉冲光；第三分量系统，所述第三分量系统接收并输出所述第三脉冲光；三分量光缆结构，所述三分量光缆结构分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；第三功分器，所述第三功分器接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；第一耦合器，所述第一耦合器接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；第二耦合器，所述第二耦合器接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；第三耦合器，所述第三耦合器接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；数据采集系统，所述数据采集系统的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。解决了相位敏感光时域反射计分布式光纤声敏感系统不能同时测量三分量振动信号的技术问题，利用一个窄线宽激光器、声光调制器和三分量声敏感光缆的定位缆芯结构，达到了既满足三路光信号的相位敏感光时域反射同时探测，又节约制造成本的技术效果。

2、本发明实施例通过所述三分量光缆结构包括：定位缆芯，所述定位缆芯为横截面为矩形的立体结构；纵向传感光缆，所述纵向传感光缆嵌于所述定位缆芯的一侧，接收并纵向调制所述第一脉冲光，输出所述纵向振动信号；第二隔离器，所述第二隔离器位于所述纵向传感光缆末端；径向传感光缆，所述径向传感光缆嵌于所述定位缆芯的另一侧，接收并径向调制所述第二脉冲光，输出所述径向振动信号；第三隔离器，所述第三隔离器位于所述径向传感光缆末端；切向传感光缆，所述切向传感光缆嵌于所述定位缆芯的顶面，接收并切向调制所述第三脉冲光，输出所述切向振动信号；第四隔离器，所述第四隔离器位于所述切向传感光缆末端。进一步达到了便于加工、安装，同时在光缆外观可以辨别振动敏感方向的技术效果。

3、本发明实施例通过所述三分量光缆结构还包括：第一纤维填充物，所述第一纤维填充物填充在所述纵向传感光缆外围；第二填充物，所述第二填充物分别填充在所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的两侧；铝带，所述铝带包裹在所述三分量光缆结构外围；护套，所述护套位于所述铝带外侧。进一步达到了隔绝其他方向振动影响，径向、切向、纵向敏感光缆仅接收相同方向振动，提高探测精度的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种相位敏感光时域反射计分布式光纤三分量声敏感系统，其特征在于，所述系统包括：

激光器，所述激光器发射激光；

第一功分器，所述第一功分器接收所述激光并将所述激光分成第一激光和第二激光；

声光调制器，所述声光调制器接收所述第一激光，将所述第一激光调制为具有一定重复频率和脉冲宽度的脉冲光；

第二功分器，所述第二功分器接收所述脉冲光，将所述脉冲光分为第一脉冲光、第二脉冲光和第三脉冲光；

第一分量系统，所述第一分量系统接收并输出所述第一脉冲光；

第二分量系统，所述第二分量系统接收并输出所述第二脉冲光；

第三分量系统，所述第三分量系统接收并输出所述第三脉冲光；

三分量光缆结构，所述三分量光缆结构分别接收所述第一脉冲光、所述第二脉冲光和所述第三脉冲光，输出纵向振动信号、径向振动信号和切向振动信号；

第三功分器，所述第三功分器接收所述第二激光，将所述第二激光平均分成第一本振参考光、第二本振参考光和第三本振参考光；

第一耦合器，所述第一耦合器接收所述纵向振动信号和第一本振信号，耦合后输出第一光信号；

第二耦合器，所述第二耦合器接收所述径向振动信号和第二本振信号，耦合后输出第二光信号；

第三耦合器，所述第三耦合器接收所述切向振动信号和第三本振信号，耦合后输出第三光信号；

数据采集系统，所述数据采集系统的三个输入端分别采集所述第一光信号、第二光信号和第三光信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一隔离器，所述第一隔离器位于所述激光器和所述第一功分器之间，接收所述激光器发出的激光并发送至所述第一功分器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一分量系统包括：

第一光纤放大器，所述第一光纤放大器接收并放大所述第一脉冲光；

第一环形器，所述第一环形器接收并输出经过所述第一光纤放大器放大的第一脉冲光；

其中，所述纵向振动信号经所述第一环形器输出并发送至所述第一耦合器。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二分量系统包括：

第二光纤放大器，所述第二光纤放大器接收并放大所述第二脉冲光；

第二环形器，所述第二环形器接收并输出经过所述第二光纤放大器放大的第二脉冲光；

其中，所述径向振动信号经所述第二环形器输出并发送至所述第二耦合器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三分量系统包括：

第三光纤放大器，所述第三光纤放大器接收并放大所述第三脉冲光；

第三环形器，所述第三环形器接收并输出经过所述第三光纤放大器放大的第三脉冲光；

其中，所述切向振动信号经所述第三环形器输出并发送至所述第三耦合器。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集系统包括：

第一探测器，所述第一探测器接收所述第一光信号，并转换为第一电信号；

第一通道，所述第一通道接收并采集所述第一电信号；

第二探测器，所述第二探测器接收所述第二光信号，并转换为第二电信号；

第二通道，所述第二通道接收并采集所述第二电信号；

第三探测器，所述第三探测器接收所述第三光信号，并转换为第三电信号，其中，所述第三探测器、所述第二探测器和所述第一探测器的探测空间分辨率相同；

第三通道，所述第三通道接收并采集所述第三电信号。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三分量光缆结构包括：

定位缆芯，所述定位缆芯为横截面为矩形的立体结构；

纵向传感光缆，所述纵向传感光缆嵌于所述定位缆芯的一侧，接收并纵向调制所述第一脉冲光，输出所述纵向振动信号；

第二隔离器，所述第二隔离器位于所述纵向传感光缆末端；

径向传感光缆，所述径向传感光缆嵌于所述定位缆芯的另一侧，接收并径向调制所述第二脉冲光，输出所述径向振动信号；

第三隔离器，所述第三隔离器位于所述径向传感光缆末端；

切向传感光缆，所述切向传感光缆嵌于所述定位缆芯的顶面，接收并切向调制所述第三脉冲光，输出所述切向振动信号；

第四隔离器，所述第四隔离器位于所述切向传感光缆末端。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述三分量光缆结构还包括：

第一纤维填充物，所述第一纤维填充物填充在所述纵向传感光缆外围；

第二填充物，所述第二填充物分别填充在所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的两侧；

铝带，所述铝带包裹在所述三分量光缆结构外围；

护套，所述护套位于所述铝带外侧。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述径向传感光缆和所述切向传感光缆的结构相同，包括：

光纤；

矩形包覆结构，所述矩形包覆结构包覆在所述光纤外围。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述脉冲光的重复频率与所述三分量光缆结构中的传感光纤的长度相匹配，所述脉冲光的脉冲宽度与所述第一探测器的探测空间分辨率相匹配。