CN206804030U - 一种基于直线型Sagnac干涉和Φ‑OTDR的分布式振动定位传感系统 - Google Patents
一种基于直线型Sagnac干涉和Φ‑OTDR的分布式振动定位传感系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型适用于光纤传感领域，提供了一种基于直线型Sagnac干涉和Φ‑OTDR的分布式振动定位传感系统，该系统包括两个激光源，第一激光源发射的光信号经脉冲调制模块调制成脉冲光信号，与第二激光源发射的光信号经输第一耦合器耦合，经第二耦合器分成两路，两路混合光信号沿光纤环和/或传感光纤传播至法拉第旋转镜，法拉第旋转镜将混合光信号反射至第二耦合器时产生Sagnac干涉，此外，这两路混合光信号在光纤环和传感光纤中传播产生的后向瑞利散射光不仅会产生自干涉，还返回至第二耦合器也产生干涉，解决了传统基于Φ‑OTDR的光纤振动传感系统因为需要产生自干涉而要求第一激光源的线宽窄的问题，该系统还可以方便的对振动定位，具有很高的频率响应。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感领域，提供了一种基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统。
背景技术
光纤振动传感具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、动态范围大、终端结构简单、隐蔽性好、耐腐蚀、环境适应性强的特点，可用于大型工程现场以及重大政治、经济、军事基地的周界安防，因此，研究分布式光纤传感系统是一个非常有应用前景和实际意义的课题。
目前，基于相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感技术由于其探测范围大(通常可以探测几十公里)，灵敏度高，对振动源定位简单(探测的时域曲线可以简单换算成位置-光强度曲线)等优点，备受人们的关注。但是，为了防止前后脉冲源信号光相互干扰而限制了其频率响应，无法获得高频的振动信息细节，该技术的自干涉原理要求光源的线宽足够窄。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统，旨在解决相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感技术要求光源的线宽窄、频率响应低的问题。
本实用新型是这样实现的，一种基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统，所述系统由两个激光源、脉冲调制模块、两个耦合器、两个环行器、传感光纤、法拉第旋转镜、光纤布拉格光栅、光电检测模块及数据采集模块组成，所述第一激光源的输出端与脉冲调制模块连接，所述脉冲调制模块的输出端及第二激光源的输出端与第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端通过光纤与第一环形器的端口A连接，所述第一环形器的端口B与第二耦合器的一输入端连接，所述第二耦合器的另一输入端和其中一个输出端通过光纤连接成光纤环，所述第二耦合器的另一输出端通过传感光纤与所述法拉第旋转镜连接，所述第一环形器的端口C连接第二环形器的端口a，所述第二环形器的端口b与所述光纤布拉格光栅的输入端连接，所述光纤布拉格光栅的输出端与第一光电检测模块连接，第二环形器端口c与第二光电检测模块连接，所述第一、第二光电检测模块与所述数据采集模块连接；
所述第一激光源与所述第二激光源的中心波长不同。
进一步的，第一激光源的中心波长为1645nm，第二激光源的中心波长为1550nm；光纤布拉格光栅反射中心波长为1645nm或1550nm；
或者第一激光源的中心波长为1550nm，第二激光源的中心波长为1450nm；光纤布拉格光栅10反射中心波长为1550nm或1450nm；
进一步的，所述第一耦合器和所述第二耦合器均为3db耦合器。
本实用新型中的混合光信号经第二耦合器分成两路混合光信号，通过光纤环及经法拉第旋转镜的反射，这两路混合光信号在传播过程中产生的后向瑞利散射光在第二耦合器时产生干涉，解决了传统基于Φ-OTDR的光纤振动传感系统因为需要产生自干涉而要求第一激光源的线宽窄的问题，此外，这两路混合光信号在返回至第二耦合器时还产生Sagnac干涉，该系统不仅可以方便的对振动定位，还具有很高的频率响应。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统结构示意图；
1.第一激光源；2.第二激光源；3.脉冲调制模块；4.第一耦合器；5.第一环行器；6.第二耦合器；7.传感光纤；8.法拉第旋转镜；9.第二环行器；10.光纤布拉格光栅；11.第一光电检测模块；12.第二光电检测模块；13.数据处理模块。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1为本实用新型提供的基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统结构示意图，为了便于说明，仅示出与本实用新型相关的部分。
基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统由两个激光源(1；2)、脉冲调制模块3、两个耦合器(4；6)、两个环行器(5；9)、传感光纤7、法拉第旋转镜8、光纤布拉格光栅10、光电检测模块(11；12)及数据采集模块13组成，所述第一激光源1的输出端与脉冲调制模块3连接，所述脉冲调制模块3的输出端及第二激光源2的输出端与第一耦合器4的输入端口连接，所述第一耦合器4的输出端通过光纤与第一环形器5的端口A连接，所述第一环形器5的端口B与第二耦合器6的一输入端连接，所述第二耦合器6的另一输入端和其中一个输出端通过光纤连接成光纤环，所述第二耦合器6的另一输出端通过传感光纤7与法拉第旋转镜8连接，所述第一环形器5的端口C连接第二环形器9的端口a，所述第二环形器9的端口b与所述光纤布拉格光栅10输入端连接，所述光纤布拉格光栅10经的输出端与第一光电检测模块11连接，第二环形器9端口c与第二光电检测模块12连接，所述第一、第二光电检测模块(11；12)与数据采集模块13连接。
本实用新型中，第一激光源1发射的光信号一经脉冲调制模块3，调制成脉冲光信号，第二激光源2发射的光信号二和脉冲光信号分别通过光纤输入第一耦合器4，第一耦合器4将脉冲光信号和光信号二耦合成一束混合光信号，并通过光纤输出至第一环形器5的端口A，环行至端口B，通过该端口B进入第二耦合器6，第二耦合器6将该混合光信号分成两束混合光信号，两路混合光信号沿光纤环和/或传感光纤7传播至法拉第旋转镜反射(可以补偿最终回到第二耦合器6处干涉光信号因为“偏振态诱导衰落”现象造成的信号强度低或者不稳定现象)，法拉第旋转镜8将混合光信号反射至第二耦合器6产生Sagnac干涉，此外，这两路混合光信号在光纤环和传感光纤7中传播时，会产生瑞利散射，后向瑞利散射光不仅会产生自干涉，还返回至第二耦合器6也产生干涉，解决了传统基于Φ-OTDR的光纤振动传感系统因为需要产生自干涉而要求第一激光源1的线宽窄的问题，最终这两种波长的干涉信号经第一环形器5的端口B传送至端口C，并进入第二环形器9的端口a，经端口b输入光纤布拉格光栅10，经光纤布拉格光栅10反射的光信号经第二环形器9端口c输出至第二光电检测模块12，透过光纤布拉格光栅10的光信号传送至第一光电检测模块11，第一光电检测模块11和第二光电检测模块12的光信号输入数据采集模块13，采集到的Φ-OTDR的信号光可以很方便的利用光时域反射原理对振动定位，而Sagnac干涉的信号光带有丰富的振动细节信息，以方便的对振动定位，因此该系统不但可以进行定位,还具有很高的频率响应。
在本实用新型中，第一激光源1与第二激光源2的中心波长不同；
在本实用新型中，该第一耦合器4和第二耦合器6均为3db耦合器；
在本实用新型中，脉冲调制模块3包括声光调制器和同步触发输出；第一光电检测模块11和第二光电检测模块12均包括光放大器、光电探测器、模数转换器，数据采集模块13可以只是计算机，也可以是计算机和各种MCU的组合。
在本实用新型中，第一激光源1的中心波长为1645nm，第二激光源2的中心波长为1550nm；光纤布拉格光栅10反射中心波长为1645nm或1550nm；
或者第一激光源1的中心波长为1550nm，第二激光源2的中心波长为1450nm；光纤布拉格光栅10反射中心波长为1550nm或1450nm；
在本实用新型中，1550nm和1645nm的组合及1450nm和1550nm的组合都可以实现拉曼放大，以1450nm和1550nm的组合为例进行说明，1450nm中心波长的激光进入光纤后，会产生拉曼散射，其斯托克斯散射光中心波长在1550nm附近，因此采用1450nm中心波长的激光可以对1550nm中心波长的微弱瑞利散射光进行一定的拉曼放大。此外，这两个波长的激光比较好获取，且恰好可以实现拉曼放大功能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统，其特征在于，所述系统由第一激光源、第二激光源、脉冲调制模块、两个耦合器、两个环行器、传感光纤、法拉第旋转镜、光纤布拉格光栅、第一光电检测模块、第二光电检测模块及数据采集模块组成，所述第一激光源的输出端与脉冲调制模块连接，所述脉冲调制模块的输出端及第二激光源的输出端与第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端通过光纤与第一环行器的端口A连接，所述第一环行器的端口B与第二耦合器的一输入端连接，所述第二耦合器的另一输入端和其中一个输出端通过光纤连接成光纤环，所述第二耦合器的另一输出端通过传感光纤与所述法拉第旋转镜连接，所述第一环行器的端口C连接第二环行器的端口a，所述第二环行器的端口b与所述光纤布拉格光栅的输入端连接，所述光纤布拉格光栅的输出端与第一光电检测模块连接，第二环行器端口c与第二光电检测模块连接，所述第一光电检测模块及所述第二光电检测模块与所述数据采集模块连接；
所述第一激光源与所述第二激光源的中心波长不同。
2.如权利要求1所述的基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统，其特征在于，第一激光源的中心波长为1645nm，第二激光源的中心波长为1550nm；光纤布拉格光栅反射中心波长为1645nm或1550nm；
或者第一激光源的中心波长为1550nm，第二激光源的中心波长为1450nm；光纤布拉格光栅10反射中心波长为1550nm或1450nm。
3.如权利要求1或2所述的基于直线型Sagnac干涉和Φ-OTDR的分布式振动定位传感系统，其特征在于，所述第一耦合器和所述第二耦合器均为3db 耦合器。
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| CN110146116A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-20 | 南昌航空大学 | 一种多点扰动下Sagnac光纤传感的定位方法 |
| CN113175988A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-27 | 太原理工大学 | 一种抗噪声及断点自诊断的分布式光纤声音传感装置 |
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