CN114111855B - 一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 - Google Patents
一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114111855B CN114111855B CN202111345736.9A CN202111345736A CN114111855B CN 114111855 B CN114111855 B CN 114111855B CN 202111345736 A CN202111345736 A CN 202111345736A CN 114111855 B CN114111855 B CN 114111855B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- michelson interferometer
- wavelength division
- division multiplexer
- disturbance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35325—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using interferometer with two arms in reflection, e.g. Mickelson interferometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，包括：光源模块，包括第一激光器和第二激光器，分别用于发出第一光波和第二光波；迈克尔逊干涉仪模块，用于接收第一光波和第二光波并生成多个干涉信号；光探测器模块，用于采集干涉信号；数据采集模块，用于将干涉信号转换为数字信号；数据处理模块，与数据采集模块相连接，用于将数字信号进行处理，得到定位结果。其中，迈克尔逊干涉仪模块包括第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统。
背景技术
分布式光纤传感由于具有能够探测沿整个光纤链路的分布式信号的特点，已成为光纤传感领域的一个重要分支。分布式光纤传感器具有监测规模大、隐蔽性好、灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰等优点，已广泛应用于光通信链路安全、油气管道、周界安全、电力工业和土木工程的安全监测等各种领域。
目前，分布式光纤传感系统主要基于光时域反射法(OTDR)和干涉法。基于光时域反射的分布式光纤传感系统对激光源和散射光检测技术的要求较高，而干涉型光纤传感通过检测相干光的相位变化来获取外界参数的时变信息，因此其灵敏度更高，响应速度更快。常见的干涉型分布式光纤传感系统结构主要有Mach-Zehnder干涉仪(MZI)、迈克尔逊干涉仪(MI)和Sagnac干涉仪(SI)，在此基础上，基于Sagnac、MZI和MI组合的结构也被用于分布式光纤传感，如MI-Sagnac、MZI-Sagnac、双Sagnac、双MZI、双MI等。
在分布式光纤传感中，一种常用的定位方法是通过扰动产生的相位差的零频率点进行定位。系统对扰动的某些特征频率无响应，在频谱上表现为特定频率点的强度显著小于周边频率，即“陷波点”，也即零频率点，通过零频率点的位置可以求得扰动点的位置。但当扰动信号的频率小于第一个零频率点时，很难找到零频率点。因此，零频率法对低频振动难以检测。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，具体提供一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，包括：光源模块，包括第一激光器和第二激光器，分别用于发出第一光波和第二光波；迈克尔逊干涉仪模块，用于接收第一光波和第二光波并生成多个干涉信号；光探测器模块，用于采集干涉信号；数据采集模块，用于将干涉信号转换为数字信号；数据处理模块，与数据采集模块相连接，用于将数字信号进行处理，得到定位结果。其中，迈克尔逊干涉仪模块包括第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，第一激光器和第二激光器均为分布式反馈激光器，第一光波和第二光波的中心波长不同。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，第一迈克尔逊干涉仪包括第一3×3耦合器、设置在第一光路上的第一波分复用器和第一法拉第旋转镜以及设置在第二光路上的第二波分复用器和第二法拉第旋转镜。第二迈克尔逊干涉仪包括第二3×3耦合器、设置在第三光路上的第三波分复用器和第三法拉第旋转镜以及设置在第四光路上的第四波分复用器和第四法拉第旋转镜。第一光路和第三光路连接为迈克尔逊干涉仪模块的传感臂A，第二光路和第四光路连接为迈克尔逊干涉仪模块的传感臂B。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，第一3×3耦合器用于将第一光波等比例地分成光束并分别传输到第一光路和第二光路，并接收反射回的光束从而分别生成第一光路干涉信号和第二光路干涉信号；第一波分复用器和第二波分复用器用于将第一光波和第二光波分离；第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜用于反射光束。第二3×3耦合器用于将第二光波等比例地分成光束并分别传输到第三光路和第四光路，并接收反射回的光束从而分别生成第三光路干涉信号和第四光路干涉信号；第三波分复用器和第四波分复用器用于将第一光波和第二光波分离；第三法拉第旋转镜和第四法拉第旋转镜用于反射光束。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，第一光波被第一3×3耦合器分为第一路光和第二路光后，第一路光先后经过第一波分复用器和第三波分复用器后，被第三法拉第旋转镜反射，先后经过第三波分复用器和第一波分复用器，返回第一3×3耦合器并形成第一光路干涉信号；第二路光先后经过第二波分复用器和第四波分复用器后，被第四法拉第旋转镜反射，先后经过第四波分复用器和第二波分复用器，返回第一3×3耦合器并形成第二光路干涉信号。第二光波被第二3×3耦合器分为第三路光和第四路光后，第三路光先后经过第三波分复用器和第一波分复用器后，被第一法拉第旋转镜反射，先后经过第一波分复用器和第三波分复用器，返回第二3×3耦合器并形成第三光路干涉信号；第四路光先后经过第四波分复用器和第二波分复用器后，被第二法拉第旋转镜反射，先后经过第二波分复用器和第四波分复用器，返回第一3×3耦合器并形成第四光路干涉信号。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，光探测器模块包括第一光探测器、第二光探测器、第三光探测器以及第四光探测器。第一光探测器和第二光探测器用于采集第一迈克尔逊干涉仪生成的干涉信号；第三光探测器和第四光探测器用于采集第二迈克尔逊干涉仪生成的干涉信号。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，数据采集模块包括数据采集卡，数据处理模块至少包括计算机，计算机装有扰动定位程序。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，数据处理模块的处理过程为：假设在第一迈克尔逊干涉仪的传感臂B的Lx距离处施加扰动信号则第一迈克尔逊干涉仪所接收到的第一光路干涉信号和第二光路干涉信号分别为：
其中A1、A2是与输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和分别是在第一光路干涉信号和第二光路干涉信号中由第一3×3耦合器引起的初始相位差。第二迈克尔逊干涉仪所接收到的第三光路干涉信号和第四光路干涉信号分别为：
其中B1、B2是与该输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和分别是在第三光路干涉信号和第四光路干涉信号中由第二3×3耦合器引起的初始相位差。同一扰动引起的两个干涉仪的相位差/>和/>分别为：
其中，c是真空光速，n是纤芯折射率，L是单个传感臂的长度，τ0是单个臂长L引起的固定时间延迟，τx是扰动点距离Lx所对应的时间延迟，是扰动引起的相位变化。将同一扰动产生的相位差/>和/>进行处理，得到具有固定时延差的两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)，并进行互相关运算，得到扰动的位置Lx。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，得到扰动位置Lx的具体过程如下：
计算Δφ1(t)和Δφ2(t)的互相关函数，通过互相关函数的峰值对应的自变量位置得到时间延迟Δτ＝2τx-τ0，并根据下式：
可求得扰动位置Lx。
在本发明提供的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统中，还可以具有这样的特征，其中，迈克尔逊干涉仪的传感臂A和传感臂B定位可以进行区分，具体方式如下：
当扰动作用于其中一个传感臂时，算法构造的信号Δφ1(t)和Δφ2(t)由式(7)和(8)表示，则当扰动作用于另一个传感臂时，Δφ1(t)和Δφ2(t)可表示为：
因此，可以通过Δφ1(t)和Δφ2(t)的初始振幅的正或负来对扰动作用于某一传感臂进行区分。
发明作用与效果
因为本发明的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统包括：光源模块，包括第一激光器和第二激光器，分别用于发出第一光波和第二光波；迈克尔逊干涉仪模块，用于接收第一光波和第二光波并生成多个干涉信号；光探测器模块，用于采集干涉信号；数据采集模块，用于将干涉信号转换为数字信号；数据处理模块，与数据采集模块相连接，用于将数字信号进行处理，得到定位结果。其中，迈克尔逊干涉仪模块包括第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪。所以上述组成使得本发明的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统可检测范围大，可实现100km范围内的扰动定位探测，且数据处理模块的信号处理算法避免了零频率法的缺陷，具有较高的定位精度。
附图说明
图1是本发明实施例中基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统的结构图；
图2是本发明实施例中基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统定位算法流程示意图；
图3是本发明实施例中扰动施加于传感臂A的30km处时两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)在扰动初始时刻的信号；以及
图4是本发明实施例中扰动施加于传感臂B的30km处时两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)在扰动初始时刻的信号。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例来说明本发明的具体实施方式。
本实施例提供一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统100。
图1是本实施例中基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统的结构图。
如图1所示，基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统100包括光源模块10、迈克尔逊干涉仪模块20、光探测器模块30、数据采集模块40以及数据处理模块50。
光源模块10包括第一激光器11和第二激光器12，分别用于发出第一光波和第二光波。且第一激光器11和第二激光器12均为分布式反馈激光器，第一光波和第二光波的中心波长不同。
迈克尔逊干涉仪模块20包括第一迈克尔逊干涉仪21和第二迈克尔逊干涉仪22。
第一迈克尔逊干涉仪21包括第一3×3耦合器211、设置在第一光路上的第一波分复用器212和第一法拉第旋转镜213以及设置在第二光路上的第二波分复用器214和第二法拉第旋转镜215。
第二迈克尔逊干涉仪22包括第二3×3耦合器221、设置在第三光路上的第三波分复用器222和第三法拉第旋转镜223以及设置在第四光路上的第四波分复用器224和第四法拉第旋转镜225。
其中第一光路和第三光路连接为迈克尔逊干涉仪模块20的传感臂A，第二光路和第四光路连接为迈克尔逊干涉仪模块20的传感臂B。
第一3×3耦合器211用于将第一光波等比例地分成光束并分别传输到第一光路和第二光路，并接收反射回的光束从而分别生成第一光路干涉信号和第二光路干涉信号。第一波分复用器212和第二波分复用器214用于将第一光波和第二光波分离。第一法拉第旋转镜213和第二法拉第旋转镜215用于反射光束。
第二3×3耦合器221用于将第二光波等比例地分成光束并分别传输到第三光路和第四光路，并接收反射回的光束从而分别生成第三光路干涉信号和第四光路干涉信号。第三波分复用器222和第四波分复用器224用于将第一光波和第二光波分离。第三法拉第旋转镜223和第四法拉第旋转镜225用于反射光束。
第一光波被第一3×3耦合器211分为第一路光和第二路光后，第一路光先后经过第一波分复用器212和第三波分复用器222后，被第三法拉第旋转镜223反射，先后经过第三波分复用器222和第一波分复用器212，返回第一3×3耦合器211并形成第一光路干涉信号。
第二路光先后经过第二波分复用器214和第四波分复用器224后，被第四法拉第旋转镜225反射，先后经过第四波分复用器224和第二波分复用器214，返回第一3×3耦合器211并形成第二光路干涉信号。
第二光波被第二3×3耦合器221分为第三路光和第四路光后，第三路光先后经过第三波分复用器222和第一波分复用器212后，被第一法拉第旋转镜213反射，先后经过第一波分复用器212和第三波分复用器222，返回第二3×3耦合器221并形成第三光路干涉信号。
第四路光先后经过第四波分复用器224和第二波分复用器214后，被第二法拉第旋转镜215反射，先后经过第二波分复用器214和第四波分复用器224，返回第一3×3耦合器211并形成第四光路干涉信号。
光探测器模块30包括第一光探测器31、第二光探测器32、第三光探测器33以及第四光探测器34。
第一光探测器31和第二光探测器32用于采集第一3×3耦合器211生成的干涉信号，第三光探测器33和第四光探测器34用于采集第二3×3耦合器221生成的干涉信号。
数据采集模块40为采样速度为500kSa/s的高速数据采集卡。
数据处理模块50为计算机，计算机装有扰动定位程序。数据处理模块的处理过程为：
假设在第一迈克尔逊干涉仪的第二光路的Lx距离处施加扰动信号则第一迈克尔逊干涉仪所接收到的第一光路干涉信号和第二光路干涉信号分别为：
其中A1、A2是与输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和分别是在第一光路干涉信号和第二光路干涉信号中由第一3×3耦合器引起的初始相位差。第二迈克尔逊干涉仪所接收到的第三光路干涉信号和第四光路干涉信号分别为：
其中B1、B2是与该输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和/>分别是在第三光路干涉信号和第四光路干涉信号中由第二3×3耦合器引起的初始相位差。同一扰动引起的两个干涉仪的相位差/>和/>分别为：
其中，c是真空光速，n是纤芯折射率，L是单个传感臂的长度，τ0是单个臂长L引起的固定时间延迟，τx是扰动点距离Lx所对应的时间延迟，是扰动引起的相位变化。将同一扰动产生的相位差/>和/>进行处理，得到具有固定时延差的两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)，并进行互相关运算，得到扰动的位置Lx。具体过程如下：
计算Δφ1(t)和Δφ2(t)的互相关函数，通过互相关函数的峰值对应的自变量位置得到时间延迟Δτ＝2τx-τ0，并根据下式：
可求得扰动位置Lx。
此外，当扰动作用于其中一个传感臂时，算法构造的信号Δφ1(t)和Δφ2(t)由式(7)和(8)表示，则当扰动作用于另一个传感臂时，Δφ1(t)和Δφ2(t)可表示为：
因此，可以通过Δφ1(t)和Δφ2(t)的初始振幅的正或负来对扰动作用于某一传感臂进行区分。
本实施例的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统1的工作过程如下：
第一激光器11和第二激光器12发出的光分别输第一3×3耦合器211和第二3×3耦合器221中，分束后分别沿左右两臂传输，由两臂末端的法拉第旋镜(213、215、223、225)反射后沿原路径返回，再分别经第一3×3耦合器211和第二3×3耦合器221形成稳定干涉后，四个光探测器采集对应的干涉信号，经数据采集模块40的数据采集卡将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号输入数据处理模块50的计算机进行数据处理。
两传感臂的单臂长度为50km，使用采样速度为500kSa/s的高速数据采集卡采集光电信号，计算机解调出相位差信息。
第一激光器11发出的光所对应的迈克尔逊干涉光路的两路传输路径分别为：
路径1：11→211→212→222→223→222→212→211；
路径2：11→211→214→224→225→224→214→211。
第二激光器12发出的光所对应的迈克尔逊干涉光路的两路传输路径分别为：
路径3：12→221→222→212→213→212→222→221；
路径4：12→221→224→214→215→214→224→221。
图2为是本实施例中基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统定位算法流程示意图。
通过如图2流程示意图中的算法计算后即可求出扰动位置。
图3是本实施例中扰动施加于传感臂A的30km处时两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)在扰动初始时刻的信号；以及
图4是本实施例中扰动施加于传感臂B的30km处时两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)在扰动初始时刻的信号。
如图3和图4所示，可以通过信号初始振幅的正负对两传感臂进行区分。
实施例作用与效果
因为本实施例的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统包括：光源模块，包括第一激光器和第二激光器，分别用于发出第一光波和第二光波；迈克尔逊干涉仪模块，用于接收第一光波和第二光波并生成多个干涉信号；光探测器模块，用于采集干涉信号；数据采集模块，用于将干涉信号转换为数字信号；数据处理模块，与数据采集模块相连接，用于将数字信号进行处理，得到定位结果。其中，迈克尔逊干涉仪模块包括第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪。所以上述组成使得本发明的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统可检测范围大，可实现100km范围内的扰动定位探测，且数据处理模块的信号处理算法避免了零频率法的缺陷，具有较高的定位精度。
此外，第一激光器和第二激光器发出的光波的中心波长不同，使得本实施例的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统定位更加准确。迈克尔逊干涉仪具有两个光路，根据两路的干涉信号进行计算，使得定位精度更高。且光探测器模块采集干涉信号并将其转换为数字信号，使得数据处理过程更加准确快捷。装有扰动定位程序的计算机能够实现高精度高灵敏度的定位探测。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于，包括：
光源模块，包括第一激光器和第二激光器，分别用于发出第一光波和第二光波；
迈克尔逊干涉仪模块，用于接收所述第一光波和所述第二光波并生成多个干涉信号；
光探测器模块，用于采集所述干涉信号；
数据采集模块，用于将所述干涉信号转换为数字信号；以及
数据处理模块，与所述数据采集模块相连接，用于将所述数字信号进行处理，得到定位结果，
其中，所述迈克尔逊干涉仪模块包括第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪，
所述第一激光器和所述第二激光器均为分布式反馈激光器，所述第一光波和所述第二光波的中心波长不同，
所述第一迈克尔逊干涉仪包括第一3×3耦合器、设置在第一光路上的第一波分复用器和第一法拉第旋转镜以及设置在第二光路上的第二波分复用器和第二法拉第旋转镜，
所述第二迈克尔逊干涉仪包括第二3×3耦合器、设置在第三光路上的第三波分复用器和第三法拉第旋转镜以及设置在第四光路上的第四波分复用器和第四法拉第旋转镜，
其中，所述第一光路和所述第三光路连接为所述迈克尔逊干涉仪模块的传感臂A，
所述第二光路和所述第四光路连接为所述迈克尔逊干涉仪模块的传感臂B。
2.根据权利要求1所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，所述第一3×3耦合器用于将第一光波等比例地分成光束并分别传输到所述第一光路和所述第二光路，并接收反射回的光束从而分别生成第一光路干涉信号和第二光路干涉信号，
所述第一波分复用器和第二波分复用器用于将第一光波和第二光波分离，
所述第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜用于反射所述光束，
所述第二3×3耦合器用于将第二光波等比例地分成光束并分别传输到所述第三光路和所述第四光路，并接收反射回的光束从而分别生成第三光路干涉信号和第四光路干涉信号，
所述第三波分复用器和第四波分复用器用于将第一光波和第二光波分离，
所述第三法拉第旋转镜和第四法拉第旋转镜用于反射所述光束。
3.根据权利要求1所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，第一光波被所述第一3×3耦合器分为第一路光和第二路光后，所述第一路光先后经过所述第一波分复用器和所述第三波分复用器后，被所述第三法拉第旋转镜反射，先后经过所述第三波分复用器和所述第一波分复用器，返回所述第一3×3耦合器并形成所述第一光路干涉信号，
所述第二路光先后经过所述第二波分复用器和所述第四波分复用器后，被所述第四法拉第旋转镜反射，先后经过所述第四波分复用器和所述第二波分复用器，返回第一3×3耦合器并形成所述第二光路干涉信号，
第二光波被所述第二3×3耦合器分为第三路光和第四路光后，所述第三路光先后经过所述第三波分复用器和所述第一波分复用器后，被所述第一法拉第旋转镜反射，先后经过所述第一波分复用器和所述第三波分复用器，返回所述第二3×3耦合器并形成所述第三光路干涉信号，
所述第四路光先后经过所述第四波分复用器和所述第二波分复用器后，被所述第二法拉第旋转镜反射，先后经过所述第二波分复用器和所述第四波分复用器，返回第一3×3耦合器并形成所述第四光路干涉信号。
4.根据权利要求1所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，所述光探测器模块包括第一光探测器、第二光探测器、第三光探测器以及第四光探测器，
所述第一光探测器和所述第二光探测器用于采集所述第一迈克尔逊干涉仪生成的干涉信号，
所述第三光探测器和所述第四光探测器用于采集所述第二迈克尔逊干涉仪生成的干涉信号。
5.根据权利要求1所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，所述数据采集模块包括数据采集卡，
所述数据处理模块至少包括计算机，
所述计算机装有扰动定位程序。
6.根据权利要求1所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
所述数据处理模块的处理过程为：
假设在第一迈克尔逊干涉仪的传感臂B的Lx距离处施加扰动信号则第一迈克尔逊干涉仪所接收到的第一光路干涉信号和第二光路干涉信号分别为：
其中A1、A2是与输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和/>分别是在第一光路干涉信号和第二光路干涉信号中由第一3×3耦合器引起的初始相位差，
第二迈克尔逊干涉仪所接收到的第三光路干涉信号和第四光路干涉信号分别为：
其中B1、B2是与该输入光功率大小相关的参数，是扰动引起的相位差，/>和/>分别是在第三光路干涉信号和第四光路干涉信号中由第二3×3耦合器引起的初始相位差，
同一扰动引起的两个干涉仪的相位差和/>分别为：
其中，c是真空光速，n是纤芯折射率，L是单个传感臂的长度，τ0是单个臂长L引起的固定时间延迟，τx是扰动点距离Lx所对应的时间延迟，是扰动引起的相位变化，
将同一扰动产生的相位差和/>进行处理，得到具有固定时延差的两路信号Δφ1(t)和Δφ2(t)，并进行互相关运算，得到扰动的位置Lx。
7.根据权利要求6所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，得到所述扰动位置Lx的具体过程如下：
计算Δφ1(t)和Δφ2(t)的互相关函数，通过互相关函数的峰值对应的自变量位置得到时间延迟Δτ＝2τx-τ0，并根据下式：
可求得扰动位置Lx。
8.根据权利要求7所述的基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统，其特征在于：
其中，迈克尔逊干涉仪的传感臂A和传感臂B的定位可以进行区分，具体方式如下：
当扰动作用于其中一个传感臂时，算法构造的信号Δφ1(t)和Δφ2(t)由式(7)和(8)表示，则当扰动作用于另一个传感臂时，Δφ1(t)和Δφ2(t)可表示为：
因此，可以通过Δφ1(t)和Δφ2(t)的初始振幅的正或负来对扰动作用于某一传感臂进行区分。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111345736.9A CN114111855B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111345736.9A CN114111855B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114111855A CN114111855A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114111855B true CN114111855B (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=80396131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111345736.9A Active CN114111855B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114111855B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5636021A (en) * | 1995-06-02 | 1997-06-03 | Udd; Eric | Sagnac/Michelson distributed sensing systems |
| CN102997946A (zh) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 北京航空航天大学 | 光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法 |
| CN110161458A (zh) * | 2019-04-13 | 2019-08-23 | 复旦大学 | 一种基于光纤迈克尔逊干涉仪的声源定位系统 |
| CN110864714A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 复旦大学 | 基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统 |
| CN112033523A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-04 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种基于双迈克尔逊干涉仪的光纤分布式扰动传感系统 |
| AU2020103312A4 (en) * | 2020-11-09 | 2021-01-14 | Harbin Engineering University | A sensitivity enhanced type optical time domain reflection distributed Michelson interferometer based on a dual-core optical fiber |
| CN113324568A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-31 | 复旦大学 | 基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统 |
-
2021
- 2021-11-15 CN CN202111345736.9A patent/CN114111855B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5636021A (en) * | 1995-06-02 | 1997-06-03 | Udd; Eric | Sagnac/Michelson distributed sensing systems |
| CN102997946A (zh) * | 2011-09-16 | 2013-03-27 | 北京航空航天大学 | 光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法 |
| CN110161458A (zh) * | 2019-04-13 | 2019-08-23 | 复旦大学 | 一种基于光纤迈克尔逊干涉仪的声源定位系统 |
| CN110864714A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 复旦大学 | 基于Michelson-Sagnac光纤干涉仪的分布式传感系统 |
| CN112033523A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-04 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种基于双迈克尔逊干涉仪的光纤分布式扰动传感系统 |
| AU2020103312A4 (en) * | 2020-11-09 | 2021-01-14 | Harbin Engineering University | A sensitivity enhanced type optical time domain reflection distributed Michelson interferometer based on a dual-core optical fiber |
| CN113324568A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-31 | 复旦大学 | 基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A Novel Weak-Scattering Michelson Interferometer Based on PBS for Long-Distance Disturbance Localization;Qiuheng Song;《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》;1-7 * |
| Qiuheng Song.《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》.2020,1-7页. * |
| 一种分布式光纤传感系统的信号识别方法;帅师;《复旦学报》;1-8 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114111855A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0983486B1 (en) | Distributed sensing system | |
| CN106052842B (zh) | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统及其解调方法 | |
| Sun et al. | Distributed fiber-optic vibration sensor using a ring Mach-Zehnder interferometer | |
| EP0064789B1 (en) | Interferometer transmitting the useful phase information through optical fibres | |
| CN102506913B (zh) | 干涉型光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法 | |
| CN113218518B (zh) | 基于集成光路的正弦-余弦光频率检测装置及其应用 | |
| CN110501062B (zh) | 一种分布式光纤声音传感及定位系统 | |
| CN102538845B (zh) | 多点扰动定位方法 | |
| CN107515017A (zh) | 一种光波移频调制的光频域反射计 | |
| CN113108710B (zh) | 基于椭圆拟合的光学低频应变检测系统与检测方法 | |
| CN113324568B (zh) | 基于非对称式融合干涉仪的分布式光纤传感定位系统 | |
| CN107036734A (zh) | 一种全分布式光纤温度或应变的传感方法与传感器 | |
| CN102564476B (zh) | 多点扰动定位方法 | |
| CN109556754A (zh) | 光纤应变和温度测定装置以及光纤应变和温度测定方法 | |
| CN111912516A (zh) | 一种相位同步的光纤分布式振动测量装置、驱动器及方法 | |
| CN114062275B (zh) | 一种光纤光声传感器的空间域复用解调仪器及方法 | |
| CN113607074B (zh) | 一种光频域反射中基于重叠窗口的应变传感解调方法 | |
| CN110375779B (zh) | 提高ofdr频域采样率的装置和方法 | |
| CN114111855B (zh) | 一种基于双向迈克尔逊干涉仪的分布式光纤传感定位系统 | |
| CN107014409A (zh) | 一种长距离光频域反射光纤分布式多点扰动传感方法 | |
| CN211904198U (zh) | 光纤干涉仪臂长差测试系统 | |
| CN113932910A (zh) | 一种基于光纤fp干涉的双通道测振方法和装置 | |
| CN115077580B (zh) | 包括远端探测盒的探测单元及分布式物理量远端探测装置 | |
| CN116592922B (zh) | 基于单芯反馈式干涉仪的支路分布式定位系统 | |
| CN110058198A (zh) | 一种基于分布式光纤传感器的水下定位方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |