CN117411543A - 多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，该光纤传感系统包括光电探测器组、第一波分解复用器、宽带光源、第二波分解复用器、第一3×3耦合器、第二3×3耦合器、传感光纤、扰动事件组、光纤光栅组，同时采用陷波点定位及相关时延法定位两种方法，利用该系统实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位。

Description

多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统

技术领域

本发明涉及直线型Sagnac分布式光纤传感技术领域，尤其涉及一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统。

背景技术

在直线型Sagnac分布式光纤传感中，传感距离、信号保真度、和响应频率三者相互制约。直线型Sagnac分布式光纤传感的距离一般很长，此时，解调出的相位差信号不再与扰动事件信号的微分成正比，从而导致扰动事件信号失真，进而影响扰动事件的模式识别准确率和速度。同时，目前的扰动事件定位方法主要有陷波点定位和相关时延法定位。陷波点定位只适用于宽带扰动事件，不适用于窄带扰动事件。相关时延定位则同时适用于宽带扰动事件和窄带扰动事件。但是，目前一套直线型Sagnac传感系统只能采用一种定位方法，而不能同时采用两种定位方法。

基于此，本发明设计了多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统。通过在传感光纤的不同位置上制作具有不同布拉格波长的光纤光栅，有效缩短了事件位置离反射点的距离，从而减小信号失真，并可同时采用陷波点定位和相关时延法定位，从而不仅可以用于宽带扰动事件的定位，而且可以用于窄带扰动事件的定位。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，该光纤传感系统包括光电探测器组、第一波分解复用器、宽带光源、第二波分解复用器、第一3×3耦合器、第二3×3耦合器、传感光纤、扰动事件、光纤光栅组，光纤光栅组包括1号光纤光栅、2号光纤光栅至N-1号光纤光栅、N号光纤光栅；每个光纤光栅的布拉格波长分别与第一波分解复用器、第二波分解复用器的对应输出端对应；宽带光源输出的光经第一3×3耦合器后分成两路，两路光经过不同延迟后进入第二3×3耦合器，两路光其中一路设置有光纤延迟线；然后进入制作有光纤光栅组的传感光纤，满足1号光纤光栅布拉格条件的光被反射再次进入第二3×3耦合器，然后再经第一3×3耦合器后进入到第一波分解复用器和第二波分解复用器，然后再与1号光纤光栅布拉格波长相对应的输出端口输出，最后进入1号光电探测器和N+1号光电探测器；其他波长的光透过1号光纤光栅继续沿传感光纤往前传播，到达下一个光纤光栅，然后重复上面的过程，最后进入对应的光电探测器；屏蔽N-1号光纤光栅和N号光纤光栅之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响。

优选的，光电探测器组包括1号光电探测器至N号光电探测器，N+1号光电探测器至2N号光电探测器，1号光电探测器至N号光电探测器与第一波分解复用器的输出端对应， N+1号光电探测器至2N号光电探测器和第二波分解复用器的输出端对应。

优选的，传感光纤上制作的光纤光栅组间的布拉格波长互不相同，第一波分解复用器的N个输出端口分别对应N个光纤光栅的布拉格波长、第二波分解复用器的N个输出端口也分别对应N个光纤光栅的布拉格波长；这样，通过两个波分解复用器的输出可实现任意光纤光栅反射信号的3×3无源零差相位解调。

优选的，当有扰动事件作用在传感光纤上时，对其作用位置后的第一个光纤光栅反射回的信号进行3×3无源零差相位解调，解调出扰动事件，并用于宽带扰动事件定位。

优选的，该系统实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位的具体步骤如下：

S1：在传感光纤的不同位置上制作具有不同布拉格波长的光纤光栅；

S2：宽带光源出来的光进入传感光纤后，光纤光栅组中的各个光纤光栅分别将与其布拉格波长相同波长的光反射回来；

S3：在接收端采用波分解复用器将反射回来的不同波长的光分开，然后分别进行接收和处理；

S4：对扰动事件发生位置后的第一个光纤光栅反射回来的信号进行相位解调，可将扰动事件还原，如果是宽带扰动事件，还可以进行定位；

S5：屏蔽传感光纤上最后两个光纤光栅，即N-1号光纤光栅和N号光纤光栅之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响，将N-1号光纤光栅和N号光纤光栅反射的信号用于相关时延法定位，可实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位；

S6：其他任意一个光纤光栅反射的信号都可用于陷波点定位，可实现宽带扰动事件的定位。

本发明有益效果：

本发明多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，有效解决直线型Sagnac分布式光纤传感系统中传感距离、信号保真度、和响应频率三者间的相互制约问题，并可以同时采用陷波点定位及相关时延法定位两种方法，从而系统可以实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明中光纤传感系统结构图。

附图标注：

1-1号光电探测器，2-N号光电探测器，3-N+1号光电探测器，4-2N号光电探测器，5-第一波分解复用器，6-宽带光源，7-第二波分解复用器，8-第一3×3耦合器，9-光纤延迟线，10-第二3×3耦合器，11-传感光纤，12-扰动事件 13-1号光纤光栅，14-2号光纤光栅，15-N-1号光纤光栅，16-N号光纤光栅。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1，本发明的优选实施例，一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，该光纤传感系统包括光电探测器组、第一波分解复用器5、宽带光源6、第二波分解复用器7、第一3×3耦合器8、第二3×3耦合器10、传感光纤11、扰动事件12、光纤光栅组，光纤光栅组包括1号光纤光栅13、2号光纤光栅14至N-1号光纤光栅15、N号光纤光栅16；光电探测器组与第一波分解复用器5、第二波分解复用器7的输出端对应；宽带光源6输出的光经第一3×3耦合器8后分成两路，两路光经过不同延迟后进入第二3×3耦合器10，两路光其中一路设置有光纤延迟线9；然后进入制作有光纤光栅组的传感光纤11，满足1号光纤光栅13布拉格条件的光被反射再次进入第二3×3耦合器10，然后再经第一3×3耦合器8后进入到第一波分解复用器5和第二波分解复用器7，然后再与1号光纤光栅13布拉格波长相对应的输出端口输出，最后进入1号光电探测器和N+1号光电探测器；其他波长的光透过1号光纤光栅13继续沿传感光纤11往前传播，到达下一个光纤光栅，然后重复上面的过程，最后进入对应的光电探测器；屏蔽N-1号光纤光栅15和N号光纤光栅16之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响。

本实施例中，光电探测器组包括1号光电探测器1至N号光电探测器2，N+1号光电探测器3至2N号光电探测器4；1号光电探测器1至N号光电探测器2与第一波分解复用器5的输出端对应，N+1号光电探测器3至2N号光电探测器4和第二波分解复用器7的输出端对应。

本实施例中，传感光纤11上制作的光纤光栅组间的布拉格波长互不相同，第一波分解复用器5的N个输出端口分别对应N个光纤光栅的布拉格波长、第二波分解复用器7的N个输出端口也分别对应N个光纤光栅的布拉格波长；这样，通过两个波分解复用器的输出可实现任意光纤光栅反射信号的3×3无源零差相位解调。

本实施例中，当有扰动事件作用在传感光纤11上时，对其作用位置后的第一个光纤光栅反射回的信号进行3×3无源零差相位解调，可解调出扰动事件，并用于宽带扰动事件定位，因为扰动事件的距离是扰动事件作用位置到其后面第一个光纤光栅的距离，而不是作用位置到传感光纤末端的距离，因此使扰动事件的距离大大减小，从而可以解决传感距离、信号保真度、和响应频率三者相互制约问题。

该系统实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位的具体步骤如下：

S1：在传感光纤11的不同位置上制作具有不同布拉格波长的光纤光栅；

S2：宽带光源6出来的光进入传感光纤11后，光纤光栅组中的各个光纤光栅分别将与其布拉格波长相同波长的光反射回来；

S3：在接收端采用波分解复用器将反射回来的不同波长的光分开，然后分别进行接收和处理；

S4：对扰动事件12发生位置后的第一个光纤光栅反射回来的信号进行相位解调，可将扰动事件12还原，如果是宽带扰动事件，还可以进行定位；

S5：屏蔽传感光纤11上最后两个光纤光栅，即N-1号光纤光栅15和N号光纤光栅16之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响，将N-1号光纤光栅15和N号光纤光栅16反射的信号用于相关时延法定位，可实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位；

S6：其他任意一个光纤光栅反射的信号都可用于陷波点定位，可实现宽带扰动事件的定位。

本发明多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，有效解决直线型Sagnac分布式光纤传感系统中传感距离、信号保真度、和响应频率三者间的相互制约问题，并可以同时采用陷波点定位及相关时延法定位两种方法，从而系统可以实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，其特征在于：该光纤传感系统包括光电探测器组、第一波分解复用器（5）、宽带光源（6）、第二波分解复用器（7）、第一3×3耦合器（8）、第二3×3耦合器（10）、传感光纤（11）、扰动事件（12）、光纤光栅组，光纤光栅组包括1号光纤光栅（13）、2号光纤光栅（14）至N-1号光纤光栅（15）、N号光纤光栅（16）；每个光纤光栅的布拉格波长分别与第一波分解复用器（5）、第二波分解复用器（7）的对应输出端对应；宽带光源（6）输出的光经第一3×3耦合器（8）后分成两路，两路光经过不同延迟后进入第二3×3耦合器（10），两路光其中一路设置有光纤延迟线（9）；然后进入制作有光纤光栅组的传感光纤（11），满足1号光纤光栅（13）布拉格条件的光被反射再次进入第二3×3耦合器（10），然后再经第一3×3耦合器（8）后进入到第一波分解复用器（5）和第二波分解复用器（7），然后再与1号光纤光栅（13）布拉格波长相对应的输出端口输出，从第一波分解复用器（5）输出的光最后进入1号光电探测器（1），从第二波分解复用器（7）输出的光最后进入N+1号光电探测器（3）；其他波长的光透过1号光纤光栅（13）继续沿传感光纤（11）往前传播，到达下一个光纤光栅，然后重复上面的过程，最后进入对应的光电探测器；屏蔽N-1号光纤光栅（15）和N号光纤光栅（16）之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响。

2.根据权利要求1所述的一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，其特征在于：光电探测器组包括1号光电探测器（1）、N号光电探测器（2）至N+1号光电探测器（3）、2N号光电探测器（4），1号光电探测器（1）至N号光电探测器（2）与第一波分解复用器（5）的输出端对应， N+1号光电探测器（3）至2N号光电探测器（4）和第二波分解复用器（7）的输出端对应。

3.根据权利要求1所述的一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，其特征在于：传感光纤（11）上制作的光纤光栅组间的布拉格波长互不相同，第一波分解复用器（5）的N个输出端口分别对应N个光纤光栅的布拉格波长、第二波分解复用器（7）的N个输出端口也分别对应N个光纤光栅的布拉格波长。

4.根据权利要求3所述的一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，其特征在于：当有扰动事件（12）作用在传感光纤（11）上时，对其作用位置后的第一个光纤光栅反射回的信号进行3×3无源零差相位解调，解调出扰动事件（12），并用于宽带扰动事件定位。

5.根据权利要求1所述的一种多波长直线型Sagnac分布式光纤传感系统，其特征在于：该系统实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位的具体步骤如下：

S1：在传感光纤（11）的不同位置上制作具有不同布拉格波长的光纤光栅；

S2：宽带光源（6）出来的光进入传感光纤（11）后，光纤光栅组中的各个光纤光栅分别将与其布拉格波长相同波长的光反射回来；

S3：在接收端采用波分解复用器将反射回来的不同波长的光分开，然后分别进行接收和处理；

S4：对扰动事件（12）发生位置后的第一个光纤光栅反射回来的信号进行相位解调，可将扰动事件（12）还原，如果是宽带扰动事件，还可以进行定位；

S5：屏蔽传感光纤（11）上最后两个光纤光栅，即N-1号光纤光栅（15）和N号光纤光栅（16）之间的光纤，使该段光纤不受外界声信号的影响，将N-1号光纤光栅（15）和N号光纤光栅（16）反射的信号用于相关时延法定位，可实现宽带扰动事件和窄带扰动事件的定位；

S6：其他任意一个光纤光栅反射的信号都可用于陷波点定位，可实现宽带扰动事件的定位。