FR3059776A1 - Systeme de surveillance a capteur reparti a fibre optique - Google Patents
Systeme de surveillance a capteur reparti a fibre optique Download PDFInfo
- Publication number
- FR3059776A1 FR3059776A1 FR1752006A FR1752006A FR3059776A1 FR 3059776 A1 FR3059776 A1 FR 3059776A1 FR 1752006 A FR1752006 A FR 1752006A FR 1752006 A FR1752006 A FR 1752006A FR 3059776 A1 FR3059776 A1 FR 3059776A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- fiber optic
- polarization controller
- optical
- coupler
- polarization
- 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.)
- Granted
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 209
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 104
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 77
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 34
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 241001442234 Cosa Species 0.000 description 2
- 244000089409 Erythrina poeppigiana Species 0.000 description 2
- 235000009776 Rathbunia alamosensis Nutrition 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
- G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
- G01M3/045—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means
- G01M3/047—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means with photo-electrical detection means, e.g. using optical fibres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
- F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
- F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
- G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
- G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
- G01M5/0058—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
La présente invention propose un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique, qui appartient au domaine des techniques de capteur réparti à fibre optique. Le système comprend un dispositif de génération de lumière de signal, un premier coupleur optique, une fibre optique de détection, un diviseur de faisceau optique, un premier contrôleur de polarisation, un deuxième contrôleur de polarisation, un premier dispositif de modulation d'interférence, un deuxième dispositif de modulation d'interférence et un dispositif de démodulation. Une modulation d'interférence est effectuée par le premier dispositif de modulation d' interférence sur la première lumière polarisée linéairement délivrée par le premier contrôleur de polarisation et est effectuée par le deuxième dispositif de modulation d' interférence sur la deuxième lumière polarisée linéairement délivrée par le deuxième contrôleur de polarisation, et ensuite un premier signal d' interférence délivré par le premier dispositif de modulation d' interférence et un deuxième signal d' interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d' interférence sont démodulés pour obtenir un signal détecté correspondant. Par conséquent, il peut être garanti autant que possible que le signal détecté ne sera pas perdu, et que le rapport signal sur bruit du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique sera réellement amélioré.
Description
Titulaire(s) : LASER INSTITUTE OF SHANDONG ACADEMY OF SCIENCE.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : REGIMBEAU.
FR 3 059 776 - A1 (04? SYSTEME DE SURVEILLANCE A CAPTEUR REPARTI A FIBRE OPTIQUE.
©) La présente invention propose un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique, qui appartient au domaine des techniques de capteur réparti à fibre optique. Le système comprend un dispositif de génération de lumière de signal, un premier coupleur optique, une fibre optique de détection, un diviseur de faisceau optique, un premier contrôleur de polarisation, un deuxième contrôleur de polarisation, un premier dispositif de modulation d'interférence, un deuxième dispositif de modulation d'interférence et un dispositif de démodulation. Une modulation d'interférence est effectuée par le premier dispositif de modulation d'interférence sur la première lumière polarisée linéairement délivrée par le premier contrôleur de polarisation et est effectuée par le deuxième dispositif de modulation d'interférence sur la deuxième lumière polarisée linéairement délivrée par le deuxième contrôleur de polarisation, et ensuite un premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence et un deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence sont démodulés pour obtenir un signal détecté correspondant. Par conséquent, il peut être garanti autant que possible que le signal détecté ne sera pas perdu, et que le rapport signal sur bruit du système desurveillance à capteur réparti à fibre optique sera réellement amélioré.
j i
SYSTEME DE SURVEILLANCE A CAPTEUR REPARTI A FIBRE OPTIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine des techniques de capteur réparti à fibre optique, et particulièrement un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique.
ART ANTERIEUR
Avec le développement rapide de l'économie nationale, les demandes d'énergie de la société, particulièrement de ressources de pétrole et de gaz, augmentent de plus en plus. Dans la stratégie d'énergie nationale, la construction et le développement du stockage et du transport de pétrole et de gaz sont liés à la stratégie globale qui fournit une garantie d'énergie stable, économique et sûre à long terme pour la construction économique et le développement social nationaux. Le transport par pipeline est le cinquième plus important mode de transport, à l'exception du transport routier, du transport ferroviaire, du transport maritime et du transport aérien, et son état de développement reflète directement le niveau de l'industrie du transport d'un pays. Ainsi, la technologie de surveillance des fuites de pipeline est devenue un point névralgique de recherche des scientifiques et des ingénieurs.
Du fait qu'elle présente les avantages d'un grand espace de détection, d'une fibre optique unique avec deux capacités de détection et de transmission de la ι
lumière, d'une structure simple, d'une commodité d'utilisation, d'un faible coût d'acquisition de signal par longueur unitaire, d'une haute rentabilité, etc., la technigue du capteur à fibre optique réparti est largement appliquée pour surveiller les fuites de pipeline. Dans un système de surveillance acoustique réparti à fibre optique existant, les signaux de rétrodiffusion de Rayleigh de différentes sections de longueur unitaire sur une fibre optique de détection sont utilisés en tant que porteuse d'un signal détecté, et une analyse de changement de phase est en outre effectuée sur les signaux de rétrodiffusion de Rayleigh aux positions correspondantes, de manière à mesurer le signal détecté. Cependant, étant donné que le signal de rétrodiffusion de Rayleigh est très faible et qu'un bruit environnemental peut facilement changer un état de polarisation de la lumière pendant la transmission, le signal détecté est amené à être immergé dans le signal de bruit, ce qui fait que le système n'obtient pas le signal détecté correspondant par démodulation.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Compte-tenu de ceci, un objet de la présente invention consiste à proposer un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique, de manière à atténuer efficacement le problème susmentionné.
Afin de réaliser l'objet susmentionné, des modes de réalisation de la présente invention proposent les solutions techniques suivantes.
Un mode de réalisation de la présente invention propose un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique, qui comprend : un dispositif de génération de lumière de signal, un premier coupleur optique, une fibre optique de détection, un diviseur de faisceau optique, un premier contrôleur de polarisation, un deuxième contrôleur de polarisation, un premier dispositif de modulation d'interférence, un deuxième dispositif de modulation d'interférence et un dispositif de démodulation, où la fibre optique de détection est configurée pour détecter un signal détecté. La lumière de signal générée par le premier dispositif de génération de lumière de signal est entrée, par l'intermédiaire du premier coupleur optique, dans la fibre optique de détection. La lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté, dans la fibre optique de détection, est renvoyée vers le premier coupleur optique, et est entrée dans le diviseur de faisceau optique par l'intermédiaire du premier coupleur optique, et est ensuite divisée en un premier faisceau de lumière et un deuxième faisceau de lumière par le diviseur de faisceau optique. Le premier faisceau de lumière est traité par le premier contrôleur de polarisation pour devenir une première lumière polarisée linéairement qui frappe ensuite le premier dispositif de modulation d'interférence, et le deuxième faisceau de lumière est traité par le deuxième contrôleur de polarisation pour devenir une deuxième lumière polarisée linéairement qui frappe également ensuite le deuxième dispositif de modulation d'interférence, où les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement sont dans une relation prédéterminée. Le dispositif de démodulation est configuré pour démoduler un premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence et un deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence, pour obtenir le signal détecté.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, chacun du premier contrôleur de polarisation et du deuxième contrôleur de polarisation est un contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprenant une bobine de fibre optique enroulée sur une paroi externe d'une céramique piézoélectrique tubulaire. Une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation est couplée à une première extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation est couplée au dispositif de démodulation. Une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation est couplée à une deuxième extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation est couplée au dispositif de démodulation. Le système comprend en outre un dispositif de sortie de tension, et chacun de la céramique piézoélectrique tubulaire du premier contrôleur de polarisation, de piézoélectrique tubulaire du deuxième polarisation et du dispositif de démodulation est connecté électriquement au dispositif de sortie de tension.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, la bobine de fibre optique est une bobine de fibre optique de λ/4.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un premier logement, où la bobine de fibre optique enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée à l'intérieur du premier logement.
la céramique contrôleur de
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un moteur et un arbre de transmission, où un arbre rotatif du moteur est relié à l'arbre de transmission, et le moteur est relié, par l'intermédiaire de l'arbre de transmission, à un raccord de rotation agencé au niveau d'une partie inférieure du premier logement. Le moteur du premier contrôleur de polarisation et le moteur du deuxième contrôleur de polarisation sont tous deux connectés électriquement au dispositif de sortie de tension. Le moteur du premier contrôleur de polarisation est configuré pour entraîner en rotation la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation, pour permettre à la bobine de fibre optique de délivrer la première lumière polarisée linéairement. Le moteur du deuxième contrôleur de polarisation est configuré pour entraîner en rotation la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation, pour permettre à la bobine de fibre optique de délivrer la deuxième lumière polarisée linéairement.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un deuxième logement, où le premier logement, dans lequel la bobine de fibre optique enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée, est agencé à l'intérieur du deuxième logement. Le deuxième logement est pourvu d'une première ouverture, d'une deuxième ouverture et d'une troisième ouverture, la première ouverture étant configurée pour permettre l'entrée de l'arbre de transmission, la deuxième ouverture étant configurée pour permettre la sortie d'une entrée de bobine de la bobine de fibre optique, et la troisième ouverture étant configurée pour permettre la sortie d'une sortie de bobine de la bobine de fibre optique.
extrémité de polarisation, interféromètre extrémité de polarisation,
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement sont orthogonales l'une à 1'autre.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le premier dispositif de modulation d'interférence comprend un premier interféromètre à fibre optique, le deuxième dispositif de modulation d'interférence comprend un deuxième interféromètre à fibre optique, et le dispositif de démodulation comprend un premier combineur de faisceaux à polarisation, un premier détecteur photoélectrique et un processeur de données. Une extrémité d'entrée du premier interféromètre à fibre optique est couplée à une sortie du premier contrôleur de une extrémité d'entrée du deuxième à fibre optique est couplée à une sortie du deuxième contrôleur de une extrémité de sortie du premier interféromètre à fibre optique et une extrémité de sortie du deuxième interféromètre à fibre optique sont toutes deux couplées à une extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, une extrémité de sortie du premier combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du premier détecteur photoélectrique, et une extrémité de sortie du premier détecteur photoélectrique est connectée électriquement au processeur de données. La première lumière polarisée linéairement forme le premier signal d'interférence après avoir subi un traitement d'interférence appliqué par le premier interféromètre à fibre optique, et la deuxième lumière polarisée linéairement forme deuxième signal d'interférence après avoir subi traitement d'interférence appliqué par le deuxième le un interféromètre à fibre optique. Le premier signal d'interférence et le deuxième signal d'interférence entrent tous deux dans le premier combineur de faisceaux à polarisation, et sont convertis, après avoir été combinés par le premier combineur de faisceaux à polarisation, en un signal électrique par le premier détecteur photoélectrique, et entrent ensuite dans le processeur de données. Le processeur de données est configuré pour traiter le signal électrique pour obtenir le signal détecté.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le premier dispositif de modulation d'interférence comprend en outre un deuxième coupleur optique, le deuxième dispositif de modulation d'interférence comprend en outre un troisième coupleur optique, le dispositif de démodulation comprend en outre un deuxième combineur de faisceaux à polarisation, un troisième combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième détecteur photoélectrique et un troisième détecteur photoélectrique, le premier interféromètre à fibre optique comprend un premier coupleur 3x3, et le deuxième interféromètre à fibre optique comprend un deuxième coupleur 3x3. L'extrémité de sortie du premier contrôleur de polarisation est couplée à un premier port du deuxième coupleur optique, un deuxième port du deuxième coupleur optique est couplé à un premier port du premier coupleur 3x3, un troisième port du deuxième coupleur optique est couplé à l'extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième port du premier coupleur 3x3 est couplé à une extrémité d'entrée du deuxième combineur de faisceaux à polarisation, et un troisième port du premier coupleur 3x3 est couplé à une extrémité d'entrée du troisième combineur de faisceaux à polarisation. L'extrémité de sortie du deuxième contrôleur de polarisation est couplée à un premier port du troisième coupleur optique, un deuxième port du troisième coupleur optique est couplé à un premier port du deuxième coupleur 3x3, un troisième port du troisième coupleur optique est couplé à l'extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième port du deuxième coupleur 3x3 est couplé à l'extrémité d'entrée du deuxième combineur de faisceaux à polarisation, et un troisième port du deuxième coupleur 3x3 est couplé à l'extrémité d'entrée du troisième combineur de faisceaux à polarisation. Une extrémité de sortie du deuxième combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du deuxième détecteur photoélectrique, une extrémité de sortie du troisième combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du troisième détecteur photoélectrique, et une extrémité de sortie du deuxième détecteur photoélectrique et une extrémité de sortie du troisième détecteur photoélectrique sont toutes deux connectées électriquement au processeur de données.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, chacun du premier interféromètre à fibre optique et du deuxième interféromètre à fibre optique est un interféromètre à fibre optique de Michelson.
Dans le système de surveillance à capteur réparti à fibre optique proposé par les modes de réalisation de la présente invention, la lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté est divisée par le diviseur de faisceau optique en le premier faisceau de lumière et le deuxième faisceau de lumière, et le premier faisceau de lumière et le deuxième faisceau de lumière sont traités par le premier contrôleur de polarisation et le deuxième contrôleur de polarisation en la première lumière polarisée linéairement et la deuxième lumière polarisée linéairement, respectivement, les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement étant dans une relation prédéterminée. Une modulation d'interférence est effectuée sur la première lumière polarisée linéairement et la deuxième lumière polarisée linéairement par le premier dispositif de modulation d'interférence et le deuxième dispositif de modulation d'interférence, respectivement, et ensuite le premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence et le deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence sont démodulés par le dispositif de démodulation afin d'obtenir un signal détecté correspondant. Par conséquent, il peut être garanti autant que possible que le signal détecté ne sera pas perdu, et que le rapport signal sur bruit du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique sera réellement amélioré.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Afin de décrire plus clairement les solutions techniques des modes de réalisation de la présente invention, les dessins utilisés pour les modes de réalisation vont être présentés brièvement ci-après. On devrait comprendre que les dessins ci-dessous montrent simplement certains modes de réalisation de la présente invention, et ne devraient donc pas être considérés comme limitant l'étendue de l'invention. Pour un homme du métier, d'autres dessins pertinents pourraient également être obtenus à la lumière de ces dessins, sans effort inventif.
La figure 1 montre un schéma structurel d'un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention ;
ίο la figure 2 montre un schéma d'une structure d'un contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention, telle que vue selon un premier angle ;
la figure 3 montre un schéma de la structure du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique proposé par le mode de réalisation de la présente invention, telle que vue selon un autre angle ;
la figure 4 montre un schéma d'une autre structure du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention, telle que vue selon un premier angle ;
la figure 5 montre un schéma d'un deuxième logement du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention, tel que vu selon un autre angle ;
la figure 6 montre un autre schéma structurel du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention ;
la figure 7 montre le schéma structurel d'un algorithme de démodulation de porteuse générée par phase proposé par un mode de réalisation de la présente invention ;
la figure 8 montre encore un autre schéma structurel du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique proposé par un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 9 montre le schéma structurel d'un algorithme de démodulation de coupleur 3x3 proposé par un mode de réalisation de la présente invention.
Sur les figures : 1 - système de surveillance à capteur réparti à fibre optique ; 10 - dispositif de génération de lumière de signal ; 20 - premier circulateur ; 30 - fibre optique de détection ; 40 3059776 diviseur de faisceau optique ; 51 - premier contrôleur de polarisation ; 52 - deuxième contrôleur de polarisation ; 50 - contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique ; 501 - bobine de fibre optique ; 502 - premier logement ; 503 - raccord de rotation ; 504 - entrée de bobine ; 505 - moteur ; 506 deuxième logement ; 507 - entrée de bobine ; 508 - point de fixation d'entrée de bobine ; 509 - arbre de transmission ; 510 - sortie de bobine ; 511 - point de fixation de sortie de bobine ; 512 - première ouverture ; 513 - deuxième ouverture ; 514 - sortie de bobine ; 515 - troisième ouverture ; 61 - premier dispositif de modulation d'interférence ; 610 - deuxième circulateur ; 611 - premier coupleur 3x3 ; 62 - deuxième dispositif de modulation circulateur dispositif
620 - troisième coupleur 3x3 ; 70 701, 711 - premier d'interférence ;
; 621 - deuxième de démodulation ;
combineur de faisceaux à polarisation ; 712 - deuxième combineur de faisceaux à polarisation ; 713 - troisième combineur de faisceaux à polarisation ; 702, 721 premier détecteur photoélectrique ; 722 - deuxième détecteur photoélectrique ; 723 - troisième détecteur photoélectrique ; 703, 730 - processeur de données ; 80 - dispositif de sortie de tension.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Dans un système de surveillance acoustique réparti à fibre optique existant, les signaux de rétrodiffusion de Rayleigh de différentes sections de longueur unitaire sur une fibre optique de détection sont utilisés en tant que porteuse d'un signal détecté, et une analyse de changement de phase est en outre effectuée sur les signaux de rétrodiffusion de Rayleigh aux positions correspondantes, de manière à mesurer le signal détecté. Cependant, étant donné que le signal de rétrodiffusion de Rayleigh est très faible et qu'un bruit environnemental peut facilement changer un état de polarisation de la lumière pendant la transmission, le signal détecté est amené à être immergé dans le signal de bruit, ce qui fait que le système n'obtient pas le signal détecté correspondant par démodulation.
Compte-tenu de ceci, un mode de réalisation de la présente invention propose un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique pour atténuer le problème susmentionné consistant en ce que le signal détecté est amené à être immergé dans le signal de bruit, ce qui fait que le système n'obtient pas le signal détecté correspondant par démodulation, étant donné que le signal de rétrodiffusion de Rayleigh est très faible et que le bruit environnemental peut facilement changer l'état de polarisation de la lumière pendant la transmission.
Afin de rendre l'objet, les solutions techniques et les avantages des modes de réalisation de la présente invention plus clairs, les solutions techniques des modes de réalisation de la présente invention vont être clairement et complètement décrites ci-après, conjointement avec les dessins des modes de réalisation de la présente invention. Apparemment, les modes de réalisation décrits sont simplement certains, mais pas la totalité des modes de réalisation de la présente invention. Généralement, les composants des modes de réalisation de la présente invention, tels que décrits et montrés sur les dessins dans le présent document, peuvent être agencés et conçus en diverses configurations différentes.
Ainsi, la description détaillée qui suit des modes de réalisation de la présente invention qui sont fournis sur les dessins n'est pas destinée à limiter l'étendue de la présente invention telle que revendiquée, mais « supérieur », « intérieur » « gauche », « droit », sont basées sur les représente simplement des modes de réalisation sélectionnés de la présente invention. Sur la base des modes de réalisation de la présente invention, tous les autres modes de réalisation, obtenus par un homme du métier sans effort inventif, devraient tomber dans l'étendue de protection de la présente invention.
Il convient de noter que les symboles de référence et les lettres similaires représentent des éléments similaires sur les dessins qui suivent. Ainsi, une fois qu'un certain élément a été défini sur une figure, il ne sera pas nécessaire de définir et d'expliquer davantage l'élément sur les figures suivantes.
Dans la description de la présente invention, il convient de clarifier que les relations d'orientation ou de position indiquées par les termes tels que « inférieur », et extérieur » relations d'orientation ou de position montrées sur les dessins, ou les relations d'orientation ou de position selon lesquelles un produit selon la présente invention est généralement positionné en utilisation, et ces termes ne sont utilisés que pour faciliter la description de la présente invention et simplifier la description, plutôt que pour indiquer ou impliquer que le dispositif ou élément concerné doit être dans une orientation spécifique ou configuré et mis en œuvre dans une orientation spécifique, et ainsi, ils ne devraient pas être interprétés comme limitant la présente invention. De plus, les termes tels que « premier » et « deuxième » sont simplement utilisés pour une description différentielle, et ne peuvent pas être interprétés comme indiquant ou impliquant une importance relative.
Dans la description de la présente invention, il convient en outre de clarifier que, sauf spécification ou définition contraire, les termes tels que « agencer », « relier », « connecter électriquement » et « coupler » doivent être interprétés dans un sens large. Par exemple, il peut s'agir d'une liaison ou d'un couplage direct, ou il peut également s'agir d'une liaison ou d'un couplage indirect par l'intermédiaire d'un moyen intermédiaire, ou il peut s'agir d'une communication interne entre deux éléments. Le terme « coupler » représente ici un couplage optique entre des dispositifs optiques. Pour un homme du métier, les significations spécifiques des termes susmentionnés dans la présente invention pourraient être comprises en fonction des circonstances spécifiques.
Comme montré sur la figure 1, un mode de réalisation de la présente invention propose un système de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1, qui comprend un dispositif de génération de lumière de signal 10, un premier coupleur optique, une fibre optique de détection 30, un diviseur de faisceau optique 40, un premier contrôleur de polarisation 51, un deuxième contrôleur de polarisation 52, un premier dispositif de modulation d'interférence 61, un deuxième dispositif de modulation d'interférence 62 et un dispositif de démodulation 70.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif de génération de lumière de signal 10 est utilisé pour générer une lumière de signal, et entre la lumière de signal dans la fibre optique de détection 30 par l'intermédiaire du premier coupleur optique. Le dispositif de génération de lumière de signal 10 peut comprendre un laser à largeur de raie ultra étroite et un modulateur acousto-optique. Le laser émis à partir du laser à largeur de raie ultra étroite entre dans le modulateur acousto-optique, et le laser continu est modulé par le modulateur acousto-optique en laser pulsé avec une durée d'impulsion τ et une période T, c'est-à3059776 dire que la lumière de signal est un laser pulsé. De plus, le dispositif de génération de lumière de signal 10 peut en outre comprendre un premier amplificateur optique et un premier filtre optique à largeur de bande ultra étroite couplés successivement. Le premier amplificateur optique est utilisé pour améliorer l'énergie de la lumière de signal pour augmenter une distance de propagation de la lumière de signal. Le premier filtre optique à largeur de bande ultra étroite est utilisé pour éliminer par filtrage les impulsions avec une durée d'impulsion plus grande du signal de lumière. En pratigue, un laser pulsé à largeur de bande étroite peut également être adopté pour le dispositif de génération de lumière de signal 10.
La fibre optique de détection 30 est une fibre optique unique répartie sur une surface d'une cible à mesurer, et est utilisée pour détecter un signal détecté. Par exemple, dans le cas où la cible à mesurer est un pipeline transportant du pétrole ou du gaz, la fibre optique de détection 30 est répartie sur la surface du pipeline ; et s'il y a une fuite sur le pipeline, du pétrole ou du gaz s'écoulerait hors du point de fuite sous l'effet d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du pipeline, produisant de ce fait une onde acoustique. L'onde acoustique provoquée par la sortie du pétrole ou du gaz au niveau du point de fuite, c'est-à-dire un signal détecté, produirait une perturbation sur la lumière de signal transmise dans la fibre optique de détection 30. Etant donné qu'une diffusion de Rayleigh fait partie de la perte intrinsèque d'une fibre optique, dans le présent mode de réalisation, la lumière de rétrodiffusion de Rayleigh dans la fibre optique de détection 30 sert en tant que porteuse du signal détecté, et les informations concernant la perturbation qui est provoquée par un signal détecté externe sur la fibre optique de détection 30 sont détectées en affichant une relation entre la perte et la longueur de la fibre optique de détection 30.
Le premier coupleur optique peut être un premier circulateur 20. Le premier circulateur 20 comprend un premier port, un deuxième port et un troisième port. La lumière de signal délivrée par le dispositif de génération de lumière de signal 10 est entrée dans le premier circulateur 20 par l'intermédiaire du premier port du premier circulateur 20, et est délivrée à la fibre optique de détection 30 à partir du deuxième port du premier circulateur 20. La lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté, qui est renvoyée à partir de la fibre optique de détection 30, est entrée dans le deuxième port et ensuite délivrée à partir du troisième port au diviseur de faisceau optique 40. Etant donné que la lumière de rétrodiffusion de Rayleigh est relativement faible, un deuxième amplificateur optique et un deuxième filtre optique à largeur de bande ultra étroite peuvent être prévus entre le premier circulateur 20 et le diviseur de faisceau optique 40.
Le diviseur de faisceau optique 40 peut être un coupleur 1x2, ou peut également être un diviseur d'autres types ; il est utilisé pour diviser la lumière de signal incidente en un premier faisceau de lumière et un deuxième faisceau de lumière. De préférence, le rapport d'énergie des faisceaux de lumière divisés du coupleur 1x2 est de 50:50. Le diviseur de faisceau optique 40 comprend une première extrémité de division de faisceau et une deuxième extrémité de division de faisceau, où le premier faisceau de lumière est délivré par la première extrémité de division de faisceau et le deuxième faisceau de lumière est délivré par la deuxième extrémité de division de faisceau.
polarisée polarisée
Une extrémité d'entrée du premier contrôleur de polarisation 51 est couplée à la première extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique 40, et une extrémité d'entrée du deuxième contrôleur de polarisation 52 est couplée à la deuxième extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique 40. Le premier faisceau de lumière est délivré à partir de la première extrémité de division de faisceau au premier contrôleur de polarisation 51, et le deuxième faisceau de lumière est délivré à partir de la deuxième extrémité de division de faisceau au deuxième contrôleur de polarisation 52. Le premier contrôleur de polarisation 51 est utilisé pour commander une direction de polarisation du premier faisceau de lumière, c'est-àdire, pour convertir le premier faisceau de lumière en une première lumière polarisée linéairement pour sa sortie. De manière correspondante, le deuxième contrôleur de polarisation 52 est également utilisé pour commander une direction de polarisation du deuxième faisceau de lumière, c'est-à-dire, pour convertir le deuxième faisceau de lumière en une deuxième lumière polarisée linéairement pour sa sortie. Les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement sont dans une relation prédéterminée, en régulant le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation. De préférence, les directions de polarisation de la linéairement et de linéairement sont prédéterminée suivante : la direction de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et la direction de polarisation de la deuxième lumière polarisée linéairement sont orthogonales l'une à l'autre. Il convient de clarifier que les directions de lumière lumière relation première deuxième la dans la polarisée polarisée absolument de du polarisation de la première lumière linéairement et de la deuxième lumière linéairement pourraient ne pas être orthogonales l'une à l'autre, et qu'il y a une certaine erreur, étant donné qu'elles sont influencées par la précision de régulation sur le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur polarisation 52.
Dans le présent mode de réalisation, chacun premier contrôleur de polarisation 51 et du deuxième contrôleur de polarisation 52 peut adopter un contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique. La structure spécifique et le principe du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique vont être présentés ci-dessous.
Comme montré sur la figure 2, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50 comprend une bobine de fibre optique 501 enroulée sur une paroi externe d'une céramique piézoélectrique tubulaire. Le rayon de courbure R(m, N) et le nombre de tours enroulés et un coefficient d'onde partielle de la bobine de fibre optique 501 satisfont à l'expression relationnelle suivante :
/?(w,jV) = — ar2Nm (1)
Dans la formule (1), a est une constante, par exemple, a = 0,133 pour une fibre optique monomode avec un cœur et une gaine de fibre réalisés à partir de dioxyde de silicium ; r est le rayon de la fibre optique ; N est le nombre de tours enroulés ; et m est le coefficient d'onde partielle.
Dans le présent mode de réalisation, la bobine de fibre optique 501 est une bobine de fibre optique de λ/4, qui peut être équivalente à une lame quart d'onde. Spécifiquement, une céramique piézoélectrique tubulaire avec un rayon R est sélectionnée, et m = 4 pour la bobine de fibre optique de λ/4, ensuite un nombre correspondant de tours enroulés N est calculé conformément à la formule (1). Une fibre optique résistante à la flexion monomode est de préférence adoptée en tant que fibre optique dans la bobine de fibre optique 501. La fibre optique résistante à la flexion monomode est enroulée, le long d'une direction circonférentielle de la céramique piézoélectrique tubulaire, sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire sur N tours. La flexion de la fibre optique provoque une répartition anisotrope de la contrainte dans la section transversale de la fibre optique, et la répartition de l'indice de réfraction du matériau de fibre optique est changée du fait d'un effet photo-élastique. Ainsi, une biréfringence induite supplémentaire est produite, ce qui provoque un changement de l'état de polarisation d'une onde guidée, de manière à réaliser la commande de l'état de polarisation. De cette manière, la bobine de fibre optique 501 est capable de délivrer une lumière polarisée linéairement avec une direction de polarisation requise par un utilisateur.
Cependant, selon un premier aspect, étant donné que le premier faisceau de lumière et le deuxième faisceau de lumière pourraient être une lumière polarisée partiellement, plutôt qu'une lumière polarisée elliptiquement standard, une lumière polarisée linéairement relativement précise ne peut pas être obtenue au moyen d'une bobine de fibre optique de λ/4 existante ; et, selon un autre aspect, étant donné que le rayon de courbure R de la bobine de fibre optique 501 n'est pas précis, il influence la sortie de la lumière polarisée linéairement de la bobine de fibre optique
501, ce qui n'est pas bénéfique pour la démodulation du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1. En conséquence, dans un mode de réalisation de la présente invention, la bobine de fibre optique de λ/4 est enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire. Du fait d'un effet de striction électromagnétique de la céramique piézoélectrique, la longueur et le rayon de flexion de la fibre optique résistante à la flexion monomode enroulée sur la paroi externe peuvent être amenés à changer lorsque les électrodes positive et négative de la céramique piézoélectrique sont alimentées, et ainsi une biréfringence induite supplémentaire peut être générée par l'écrasement de la fibre optique. Par conséquent, les paramètres de la bobine de fibre optique
501 peuvent être ajustés finement en commandant la tension appliquée à la céramique piézoélectrique, de manière à permettre à la bobine de fibre optique 501 de délivrer la lumière polarisée linéairement.
En outre, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50 comprend en outre un premier logement 502, et la bobine de fibre optique 501 enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée dans le premier logement 502. La figure 2 montre une vue de face du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50, et la figure 3 montre une vue à partir de la gauche de la figure 2. Spécifiquement, la céramique piézoélectrique après 1'enroulement est placée dans le premier logement
502. Comme montré sur la figure 3, le premier logement
502 est pourvu d'une entrée de bobine 504 et d'une sortie de bobine 514. Une entrée de bobine 507 de la bobine de fibre optique 501 est sortie de l'entrée de bobine 504, et une sortie de bobine 510 de la bobine de fibre optique 501 est sortie de la sortie de bobine 514. L'entrée de bobine 507 comprend une entrée de la fibre optique résistante à la flexion monomode et une entrée de l'électrode positive de la céramique piézoélectrique, et la sortie de bobine 510 comprend une sortie de la fibre optique résistante à la flexion monomode et une sortie de l'électrode négative de la céramique piézoélectrique. Une colle à base de résine époxy est déversée dans le premier logement 502, de manière à conditionner la bobine de fibre optique 501 enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire à l'intérieur du premier logement 502. Le premier logement 502 peut avoir des capacités d'isolation acoustique, d'isolation des vibrations et de fixation.
En outre, afin de réguler avec plus de précision la direction de polarisation de la lumière polarisée linéairement délivrée par la bobine de fibre optique 501, comme montré sur la figure 4, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50 comprend en outre un moteur 505 et un arbre de transmission 509, et un raccord de rotation 503 est agencé au niveau d'une partie inférieure du premier logement 502. Un arbre rotatif du moteur 505 est relié à l'arbre de transmission 509, et le moteur 505 est relié au raccord de rotation 503 agencé au niveau de la partie inférieure du premier logement 502 par l'intermédiaire de l'arbre de transmission 509. Dans ce cas, un angle de déflexion de la bobine de fibre optique 501 peut être commandé en commandant l'arbre rotatif du moteur 505 pour qu'il tourne dans une direction ω, de manière à commander la direction de polarisation de la lumière polarisée linéairement délivrée par la bobine de fibre optique 501. Dans le présent mode de réalisation, le moteur 505 peut être un moteur pas-à-pas.
La bobine de fibre optique 501 est une bobine de λ/4. Lorsque le plan de la bobine est tourné de a, la direction de la lumière polarisée linéairement délivrée par la bobine de fibre optique de λ/4 est tournée de β, et la relation entre a et β est montrée par la formule (2).
β = 4(ΐ-ί)α (2)
Dans la formule (2), t est une constante reflétant la caractéristique du matériau de la fibre optique, et t = 0,08 pour tout le dioxyde de silicium dopé. Comme montré sur la figure 4, lorsque l'arbre rotatif du moteur 505 tourne d'un premier angle prédéterminé, l'arbre de transmission 509 est entraîné en rotation dans la direction ω, et par conséquent, la bobine de fibre optique 501 est entraînée pour tourner d'un deuxième angle prédéterminé dans la direction ω, permettant de ce fait au plan de la bobine de la bobine de fibre optique 501 de tourner d'une position initiale telle que montrée sur la figure 4 à une position prédéterminée, et par conséquent, permettant que la lumière polarisée linéairement avec une direction de polarisation souhaitée soit délivrée. Le deuxième angle prédéterminé peut être fixé en fonction de la direction de polarisation souhaitée, et le premier angle prédéterminé est fixé en fonction du rapport de transmission entre
| 1'arbre | rotatif du moteur | 505 | et la bobine de fibre | |
| optique | de λ/4. | |||
| En | outre, comme montré | sur la figure | 4, le | |
| contrôleur de polarisation | du | type à bobine de | fibre |
optique 50 comprend en outre un deuxième logement 506, et le premier logement 502, dans lequel la bobine de fibre optique 501 enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée, est agencé dans le deuxième logement 506. Le deuxième logement 506 a une capacité d'isolation acoustique, et ainsi l'interférence provoquée par un signal acoustique externe sur la modulation de polarisation de la bobine de fibre optique 501 peut être évitée efficacement. Il convient de clarifier que la figure 4 est une vue de face du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50, et que la figure 5 est une vue à partir de la gauche du deuxième logement 50 6 montré sur la figure 4. Comme montré sur la figure 5, afin de permettre à l'arbre de transmission 509, à l'entrée de bobine 507 et à la sortie de bobine 510 de passer à travers celuici, le deuxième logement 506 est pourvu d'une première ouverture 512, d'une deuxième ouverture 513 et d'une troisième ouverture 515. La première ouverture 512 est utilisée pour permettre l'entrée de l'arbre de transmission 509, la deuxième ouverture 513 est utilisée pour permettre la sortie de l'entrée de bobine 507 de la bobine de fibre optique 501, et la troisième ouverture 515 est utilisée pour permettre la sortie de la sortie de bobine 510 de la bobine de fibre optique 501. Afin d'empêcher le déplacement de l'entrée de bobine 507 et de la sortie de bobine 510, l'entrée de bobine 507 et la sortie de bobine 510 sont fixées, avec une colle à base de résine époxy, au niveau d'un point de fixation d'entrée de bobine 508 et d'un point de fixation de sortie de bobine 511, respectivement, comme montré sur la figure 4.
En utilisation, une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique 501 du premier contrôleur de polarisation 51 (l'entrée de la fibre optique résistante à la flexion monomode) est couplée à la première extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique 40, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique 501 du premier contrôleur de polarisation 51 (la sortie de la fibre optique résistante à la flexion monomode) est couplée au dispositif de démodulation 70.
Une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique 501 du deuxième contrôleur de polarisation 52 est couplée à la deuxième extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique 40, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique 501 du deuxième contrôleur de polarisation 52 est couplée au dispositif de démodulation 70.
Dans ce cas, afin de garantir que le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52 délivrent une lumière polarisée linéairement, et de permettre que les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement délivrée par le premier contrôleur de polarisation 51 et de la deuxième lumière polarisée linéairement délivrée par le deuxième contrôleur de polarisation 52 soient dans la relation prédéterminée susmentionnée, le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52 doivent être ajustés respectivement. Ainsi, le système de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1 proposé par le présent mode de réalisation comprend en outre un dispositif de sortie de tension qui est connecté électriquement au dispositif de démodulation 70. Le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52 sont tous deux connectés électriquement au dispositif de sortie de tension. Spécifiquement, la céramique piézoélectrique dans le premier contrôleur de polarisation 51 et la céramique piézoélectrique dans le deuxième contrôleur de polarisation 52 sont également toutes deux connectées électriquement au dispositif de sortie de tension, et le moteur 505 dans le premier contrôleur de polarisation 51 et le moteur 505 dans le deuxième contrôleur de polarisation 52 sont tous deux connectés électriquement au dispositif de sortie de tension.
Le dispositif de sortie de tension fournit une première tension à la céramique piézoélectrique du premier contrôleur de polarisation 51, et fournit une deuxième tension à la céramique piézoélectrique du deuxième contrôleur de polarisation 52. Avec l'effet de striction électromagnétique de la céramique piézoélectrique, les paramètres des bobines de fibre optique 501 du premier contrôleur de polarisation 51 et du deuxième contrôleur de polarisation 52 sont ajustés finement, de manière à permettre à la bobine de fibre optique 501 du premier contrôleur de polarisation 51 de délivrer la lumière polarisée linéairement et à la bobine de fibre optique 501 du deuxième contrôleur de polarisation 52 de délivrer la lumière polarisée linéairement.
De plus, le dispositif de sortie de tension fournit une troisième tension au moteur 505 du premier contrôleur de polarisation 51, de sorte que le plan de la bobine du premier contrôleur de polarisation 51 est défléchi d'un premier angle, et en même temps, le premier contrôleur de polarisation 51 traite le premier faisceau de lumière entré en la première lumière polarisée linéairement. De manière correspondante, le dispositif de sortie de tension fournit une quatrième tension au moteur 505 du deuxième contrôleur de polarisation 52, de sorte que le plan de la bobine du deuxième contrôleur de polarisation 52 est défléchi d'un deuxième angle, et en même temps, le deuxième contrôleur de polarisation 52 traite le deuxième faisceau de lumière entré en la deuxième lumière polarisée linéairement, et permet que les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement soient orthogonales l'une à l'autre. La première tension, la deuxième tension, la troisième prévision du moteur piézoélectrique, ce tension et la quatrième tension sont ici fixées conformément aux spécifications.
Dans le présent mode de réalisation, le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52 adoptent le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50 susmentionné ; et, par conséquent, comparé à un contrôleur de polarisation existant, la précision de commande de l'état de polarisation et de la direction de polarisation peut être améliorée efficacement par la 505 et de la céramique qui est bénéfique pour l'augmentation du rapport signal sur bruit du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1 proposé par le présent mode de réalisation.
Bien entendu, en plus du contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique 50 susmentionné, une lame quart d'onde, une combinaison d'une lame quart d'onde et d'une lame demi onde, ou d'autres dispositifs de commande de polarisation peuvent également être adoptés pour le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52.
En outre, le premier dispositif de modulation d'interférence 61 reçoit la première lumière polarisée linéairement délivrée par le premier contrôleur de polarisation 51, module la première lumière polarisée linéairement en un premier signal d'interférence et délivre le premier signal d'interférence au dispositif de démodulation 70. Le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62 reçoit la deuxième lumière polarisée linéairement délivrée par le deuxième contrôleur de polarisation 52, module la deuxième lumière polarisée linéairement en un deuxième signal d'interférence et délivre le deuxième signal d'interférence au dispositif de démodulation 70.
Le dispositif de démodulation 70 est utilisé pour démoduler le premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence 61 et le deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62, de manière à obtenir le signal détecté.
Le mode de réalisation de la présente invention fournit principalement deux modes de démodulation, les deux modes de démodulation correspondant respectivement aux deux mises en œuvre spécifiques du dispositif de modulation d'interférence et du dispositif de démodulation 70. Les systèmes de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1 dans les deux mises en œuvre spécifiques vont être décrits respectivement ci-dessous.
En tant que mise en œuvre spécifique, comme montré sur la figure 6, le premier dispositif de modulation d'interférence 61 comprend un premier interféromètre à fibre optique, le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62 comprend un deuxième interféromètre à fibre optique, et le dispositif de démodulation 70 comprend un premier combineur de faisceaux à polarisation 701, un premier détecteur photoélectrique 702 et un processeur de données 703.
Une extrémité d'entrée du premier interféromètre à fibre optique est couplée à une extrémité de sortie du premier contrôleur de polarisation 51, et une extrémité d'entrée du deuxième interféromètre à fibre optique est couplée à une extrémité de sortie du deuxième contrôleur de polarisation 52. Une extrémité de sortie du premier interféromètre à fibre optique et une extrémité de sortie du deuxième interféromètre à fibre optique sont toutes deux couplées à une extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation 701, une extrémité de sortie du premier combineur de faisceaux à polarisation 701 est couplée à une extrémité d'entrée du premier détecteur photoélectrique 702, et une extrémité de sortie du premier détecteur photoélectrique 702 est connectée électriquement au processeur de données 703.
Dans le présent mode de réalisation, chacun du premier interféromètre à fibre optique et du deuxième interféromètre à fibre optique est, de préférence, un interféromètre à fibre optique de Michelson.
Le premier interféromètre à fibre optique comprend un premier coupleur 2x2, un premier modulateur de phase, un premier miroir rotateur de Faraday et un deuxième miroir rotateur de Faraday. Le deuxième interféromètre à fibre optique comprend un deuxième coupleur 2x2, un deuxième modulateur de phase, un troisième miroir rotateur de Faraday et un quatrième miroir rotateur de Faraday.
Comme montré sur la figure 6, le laser délivré par le laser à largeur de raie ultra étroite entre dans le modulateur acousto-optique, et le laser continu est modulé par le modulateur acousto-optique en laser pulsé avec une durée d'impulsion τ et une période T, et ensuite le laser pulsé forme une lumière de signal après être passé successivement à travers le premier amplificateur optique et le premier filtre optique à largeur de bande ultra étroite. La lumière de signal entre dans une extrémité Cil du premier circulateur 20, et est transmise dans la fibre optique de détection 30 d'une longueur Y par l'intermédiaire d'une extrémité C13 du premier circulateur 20. La lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté, dans la fibre optique de détection 30, est renvoyée vers l'extrémité C13 du premier circulateur 20, et est sortie par l'intermédiaire d'une extrémité C12 du premier circulateur 20, et ensuite elle entre dans une extrémité E31 du diviseur de faisceau optique 40 après être passée successivement à travers le deuxième amplificateur optique et le deuxième filtre optique à largeur de bande ultra étroite. Ensuite, le signal délivré par le deuxième filtre optique à largeur de bande ultra étroite est divisé par le diviseur de faisceau optique 40 en un premier faisceau de lumière et un deuxième faisceau de lumière, le premier faisceau de lumière entrant par l'intermédiaire d'une première extrémité de division de faisceau E32 du diviseur de faisceau optique 40 dans une extrémité Qll du premier contrôleur de polarisation 51, et le deuxième faisceau de lumière entrant par l'intermédiaire d'une deuxième extrémité de division de faisceau E33 du diviseur de faisceau optique 40 dans une extrémité Q21 du deuxième contrôleur de polarisation 52.
La première lumière polarisée linéairement sortie à partir d'une extrémité Q12 du premier contrôleur de polarisation 51 entre dans une extrémité Eli du premier coupleur 2x2, et est divisée par le premier coupleur 2x2, la lumière sortie à partir d'une extrémité E13 du premier coupleur 2x2 entrant dans le premier miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique d'une longueur Ll, et la lumière sortie à partir d'une extrémité E14 du premier coupleur 2x2 entrant dans le deuxième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers le premier modulateur de phase. Une fibre optique d'une longueur L2 connecte le premier modulateur de phase et le deuxième miroir rotateur de Faraday, où Ll > L2, et Ll - L2 = S. Les deux faisceaux de lumière sont réfléchis de retour vers le premier coupleur 2x2 par le premier miroir rotateur de Faraday et le deuxième miroir rotateur de Faraday, respectivement, et interfèrent au niveau du premier coupleur 2x2 pour former le premier signal d'interférence. Le premier signal d'interférence entre dans une extrémité P41 du premier combineur de faisceaux à polarisation 701 par l'intermédiaire d'une extrémité E12 du premier coupleur 2x2 .
La deuxième lumière polarisée linéairement délivrée à partir d'une extrémité Q22 du deuxième contrôleur de polarisation 52 entre dans une extrémité E21 du deuxième coupleur 2x2, et est divisée par le deuxième coupleur 2x2, la lumière délivrée à partir d'une extrémité E23 du deuxième coupleur 2x2 entrant dans le troisième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique d'une longueur Ll, et la lumière délivrée à partir d'une extrémité E24 du deuxième coupleur 2x2 entrant dans le quatrième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers le deuxième modulateur de phase. Une fibre optique avec une longueur L2 connecte le deuxième modulateur de phase et le quatrième miroir rotateur de Faraday, où Ll - L2 = S. Les deux faisceaux de lumière sont réfléchis de retour vers le deuxième coupleur 2x2 par le troisième miroir rotateur de Faraday et le quatrième miroir rotateur de Faraday, respectivement, et interfèrent au niveau du deuxième coupleur 2x2 pour former le deuxième signal d'interférence. Le deuxième signal d'interférence entre dans une extrémité P42 du premier combineur de faisceaux à polarisation 701 par l'intermédiaire d'une extrémité E22 du deuxième coupleur 2x2. Pendant ce processus, le dispositif de sortie de tension 80 fournit un signal de porteuse généré par phase F5 au premier modulateur de phase et au deuxième modulateur de phase pour la modulation de porteuse.
Le premier signal d'interférence entrant à partir de l'extrémité P41 du premier combineur de faisceaux à polarisation 701 et le deuxième signal d'interférence entrant à partir de l'extrémité P42 forment un signal d'interférence total après avoir été combinés par le premier combineur de faisceaux à polarisation 701. Le signal d'interférence total entre dans le premier détecteur photoélectrique 702 par l'intermédiaire d'une extrémité P43 du premier combineur de faisceaux à polarisation 701. Le premier détecteur photoélectrique
702 convertit le premier signal d'interférence et le deuxième signal d'interférence après qu'ils ont été combinés en un signal électrique, et délivre le signal électrique au processeur de données 703 pour la démodulation de la porteuse générée par phase (PGC), afin d'obtenir un signal détecté correspondant après la démodulation. La démodulation de la porteuse générée par phase peut être réalisée dans un matériel, ou peut également être réalisée dans un logiciel. Lorsqu'elle est réalisée dans un matériel, le processeur de données
703 peut être un module de circuit intégré ; et lorsqu'elle est réalisée dans un logiciel, le processeur de données 703 peut être un ordinateur ou une puce ayant une fonction de traitement de données.
Sur la base de l'intensité lumineuse détectée par le premier détecteur photoélectrique 702, le processeur de données 703 peut commander le dispositif de sortie de tension 80 pour émettre un signal électrique Fl pour commander la céramique piézoélectrique du deuxième contrôleur de polarisation 52, et pour émettre un signal électrique F3 pour commander la céramique piézoélectrique du premier contrôleur de polarisation 51, de manière à permettre la sortie de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement. De plus, le processeur de données 703 peut commander le dispositif de sortie de tension 80 pour émettre un signal électrique F2 pour commander le moteur 505 du deuxième contrôleur de polarisation 52, et pour émettre un signal électrique F4 pour commander le moteur 505 du premier contrôleur de polarisation 51, de manière à réguler respectivement les
| directions | de polarisation | de | la | première | lumière | |
| polarisée | linéairement | et | de | la | deuxième | lumière |
| polarisée | linéairement, | de sorte | que | les directions de |
polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement soient orthogonales l'une à l'autre.
La figure 7 montre un schéma modulaire d'un algorithme de démodulation de porteuse générée par phase adopté dans le présent mode de réalisation. Comme montré sur la figure 7, un signal de détection est multiplié par un signal de fréquence fondamentale au niveau d'un premier multiplicateur, et entre ensuite dans un premier filtre passe-bas. Le signal délivré à partir du premier filtre passe-bas est transmis à un premier différentiateur, et entre ensuite dans une extrémité d'un soustracteur après avoir été multiplié par un signal provenant d'un deuxième filtre passe-bas, pour une soustraction avec un signal provenant d'un quatrième multiplicateur. Le signal de détection est multiplié par un signal doublé en fréquence au niveau d'un deuxième multiplicateur, et entre ensuite dans le deuxième filtre passe-bas. Le signal délivré à partir du deuxième filtre passe-bas est transmis à un deuxième différentiateur, et entre ensuite dans ladite une extrémité du soustracteur après avoir été multiplié par le signal provenant du premier filtre passe-bas, pour une soustraction avec le signal provenant du troisième multiplicateur. Les deux signaux sont transmis au soustracteur simultanément pour leur soustraction, et la différence obtenue est transmise à un intégrateur et ensuite à un filtre passehaut, pour obtenir le signal détecté par démodulation.
Selon le principe de cohérence de la lumière, l'intensité lumineuse I reçue par le premier détecteur photoélectrique 702 peut être représentée par :
I=A+Bcos<t>(t) ( 3 )
Dans la formule (3) , A représente la puissance optique moyenne du signal d'interférence total, B représente l'amplitude du signal d'interférence total, B = kA, où k < 1 et représente la visibilité des franges d'interférence. <ï>(t) représente une différence de phase du signal d'interférence total. En supposant que <&(t) = Ccoscû0t+(p (t) , la formule (3) peut être réécrite :
I=A+ Bcos[Ccos(jüot+<p(t)] ( 4 )
Dans la formule (4), Ccosoot représente la porteuse générée par phase, C représente l'amplitude, et a>o représente la fréquence de porteuse ; et φ (t) = DcosG)st+vj/ (t) . Dans le cas où le signal détecté est un signal de champ sonore, Dcosœst représente un changement de phase qui est provoqué par le signal de champ sonore et détecté par la fibre optique de détection 30. D représente l'amplitude, os représente la fréquence du signal de champ sonore, et Y|/(t) représente un lent changement d'une phase initiale qui est provoqué, par exemple, par des perturbations environnementales. La formule suivante est obtenue en développant la formule (4) avec une fonction de Bessel :
QO
I = A + B {[Jo (C) + 2^ (-1)* J2i (C) cos 2jfcû)0Z] cos φ(/) (5)
-2[Σ cos(2Â: + 1)ωοφΐηψ(/)} k=0
Dans la formule (5), Jn(m) représente la valeur d'une fonction de Bessel du nième ordre à une profondeur de modulation m. Comme montré sur la figure 7, sur le schéma de la modulation de porteuse générée par phase, un signal I après avoir été développé avec la fonction de Bessel est utilisé en tant que signal de détection, et il est multiplié par le signal de fréquence fondamentale (avec une amplitude G) et un signal doublé en fréquence (avec une amplitude H), respectivement. Afin d'éviter une extinction et une distorsion du signal qui pourraient survenir avec la fluctuation d'un signal interfèrent externe, une multiplication croisée différentielle (DCM) est effectuée sur les deux signaux, et les signaux, après la multiplication croisée différentielle, sont soumis à une opération d'amplification différentielle et d'intégration, de manière à être convertis en :
B2GHJi(C)J2(C)<p(t) (6)
La formule suivante est obtenue en substituant (p(t) = Dcosfi)st+Y|/(t) dans la formule (6) :
B2GH Ji(C)J2(C)[Dcosœst+MJ(t)] ( Ί )
On peut voir, à partir de la formule (7), que le signal obtenu après l'intégration contient le signal à mesurer Dcosû)st et des informations environnementales externes. Ces dernières sont généralement un signal variant lentement, mais peuvent avoir une amplitude relativement grande, et peuvent ainsi être éliminées par filtrage par le filtre passe-haut. Finalement, la sortie du système est comme suit :
B2GHJi(C)J2(C)Dcosœst (8)
Le signal Dcosœst, qui est le changement de phase qui est provoqué par le signal de champ sonore, c'està-dire le signal détecté, et détecté par la fibre optique de détection 30, peut être résolu conformément à la formule (8).
En tant qu'autre mise en œuvre spécifique, comme montré sur la figure 8, le premier dispositif de modulation d'interférence 61 comprend un deuxième coupleur optique et un premier interféromètre à fibre optique, et le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62 comprend un troisième coupleur optique et un deuxième interféromètre à fibre optique. Le dispositif de démodulation 70 comprend un premier combineur de faisceaux à polarisation 711, un deuxième combineur de faisceaux à polarisation 712, un troisième combineur de faisceaux à polarisation 713, un premier détecteur photoélectrique 721, un deuxième détecteur photoélectrique 722, un troisième détecteur photoélectrique 723 et un processeur de données 730.
Dans le présent mode de réalisation, le premier interféromètre à fibre optique comprend un premier coupleur 3x3 611, un premier miroir rotateur de Faraday et un deuxième miroir rotateur de Faraday, et le deuxième interféromètre à fibre optique comprend un deuxième coupleur 3x3 621, un troisième miroir rotateur de Faraday et un quatrième miroir rotateur de Faraday. Le deuxième coupleur optique peut être un deuxième circulateur 610, et le troisième coupleur optique peut être un troisième circulateur 620.
Dans ce cas, la différence par rapport à la mise en œuvre susmentionnée se trouve dans le fait que : la première lumière polarisée linéairement délivrée à partir de l'extrémité Q12 du premier contrôleur de polarisation 51 entre dans une extrémité Bll du premier coupleur 3x3 611 après être passée successivement à travers les extrémités C21 et C23 du deuxième circulateur 610, et est divisée par le premier coupleur 3x3 611, la lumière délivrée à partir d'une extrémité B14 du premier coupleur 3x3 611 entrant dans le premier miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique d'une longueur Ll, et la lumière délivrée à partir d'une extrémité B15 du premier coupleur 3x3 611 entrant dans le deuxième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique avec une longueur L2, où Ll - L2 = S. Les deux faisceaux de lumière sont réfléchis de retour vers le premier coupleur 3x3 611 par le premier miroir rotateur de Faraday et le deuxième miroir rotateur de Faraday, respectivement, et interfèrent au niveau du premier coupleur 3x3 pour former le premier signal d'interférence. Le premier signal d'interférence est divisé en trois faisceaux de lumière. Un premier faisceau de lumière entre dans une extrémité C23 du deuxième circulateur 610 par l'intermédiaire de l'extrémité Bll du premier coupleur 3x3 611, et entre ensuite dans une extrémité Pli du premier combineur de faisceaux à polarisation 711 par l'intermédiaire d'une extrémité C22 du deuxième circulateur 610. Un deuxième faisceau de lumière entre dans une extrémité P21 du deuxième combineur de faisceaux à polarisation 712 par l'intermédiaire d'une extrémité B12 du premier coupleur 3x3 611. Le troisième faisceau de lumière entre dans une extrémité P31 du troisième combineur de faisceaux à polarisation 713 par l'intermédiaire d'une extrémité B13 du premier coupleur 3x3 611.
La deuxième lumière polarisée linéairement délivrée à partir de l'extrémité Q22 du deuxième contrôleur de polarisation 52 entre dans une extrémité B21 du deuxième coupleur 3x3 621 après être passée successivement à travers les extrémités C31 et C33 du troisième circulateur 620, et est divisée par le deuxième coupleur 3x3 621, la lumière délivrée à partir d'une extrémité B24 du deuxième coupleur 3x3 621 entrant dans le troisième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique avec une longueur Ll, et la lumière délivrée à partir d'une extrémité B25 du deuxième coupleur 3x3 621 entrant dans le quatrième miroir rotateur de Faraday après être passée à travers une fibre optique avec une longueur L2, où Ll - L2 = S. Les deux faisceaux de lumière sont réfléchis de retour vers le deuxième coupleur 3x3 621 par le troisième miroir rotateur de Faraday et le quatrième miroir rotateur de Faraday, respectivement, et interfèrent au niveau du deuxième coupleur 3x3 pour former le deuxième signal d'interférence. Le deuxième signal d'interférence est également divisé en trois faisceaux de lumière. Un premier faisceau de lumière est délivré à une extrémité C33 du troisième circulateur 620 par l'intermédiaire de l'extrémité B21 du deuxième coupleur 3x3 621, et entre ensuite dans une extrémité P12 du premier combineur de faisceaux à polarisation 711 par l'intermédiaire d'une extrémité C32 du troisième circulateur 620. Un deuxième faisceau de lumière entre dans une extrémité P22 du deuxième combineur de faisceaux à polarisation 712 par l'intermédiaire d'une extrémité B22 du deuxième coupleur 3x3 621. Le troisième faisceau de lumière entre dans une extrémité P32 du troisième combineur de faisceaux à polarisation 713 par l'intermédiaire d'une extrémité B23 du deuxième coupleur 3x3 621.
La lumière entrée dans les extrémités Pli et P12 du premier combineur de faisceaux à polarisation 711 entre, après avoir été combinée par le premier combineur de faisceaux à polarisation 711, dans le premier détecteur photoélectrique 721 par l'intermédiaire d'une extrémité P13, et est convertie par le premier détecteur photoélectrique 721 en un premier signal électrique, et est ensuite entrée dans le processeur de données 730. La lumière entrée dans les extrémités P21 et P22 du deuxième combineur de faisceaux à polarisation 712 entre, après avoir été combinée par le deuxième combineur de faisceaux à polarisation 712, dans le deuxième détecteur photoélectrique 722 par l'intermédiaire d'une extrémité P23, et est convertie en un deuxième signal électrique par le deuxième détecteur photoélectrique 722, et est ensuite entrée dans le processeur de données 730. La lumière entrée dans les extrémités P31 et P32 du troisième combineur de faisceaux à polarisation 713 entre, après avoir été combinée par le troisième combineur de faisceaux à polarisation 713, dans le troisième détecteur photoélectrique 723 par l'intermédiaire d'une extrémité P33, et est convertie en un troisième signal électrique par le troisième détecteur photoélectrique 723, et est ensuite entrée dans le processeur de données 730. Le premier signal électrique, le deuxième signal électrique et le troisième signal électrique sont transmis simultanément dans le processeur de données 730 pour subir un algorithme de démodulation de coupleur 3x3, de manière à obtenir un signai détecté correspondant par modulation.
Sur la base de l'intensité lumineuse reçue par le premier détecteur photoélectrique 721, le deuxième détecteur photoélectrique 722 et le troisième détecteur photoélectrique 723, le processeur de données 703 peut commander le dispositif de sortie de tension 80 pour émettre un signal électrique F6 pour commander la céramique piézoélectrique du premier contrôleur de polarisation 51 et un signai électrique F8 pour commander la céramique piézoélectrique du deuxième contrôleur de polarisation 52, de manière à permettre la sortie de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement. De plus, le processeur de données 730 peut commander le dispositif de sortie de tension 80 pour émettre un signal électrique
F7 pour commander le moteur 505 du premier contrôleur de polarisation 51 et un signal électrique F9 pour commander le moteur 505 du deuxième contrôleur de polarisation 52, de manière à réguler respectivement les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement, de sorte que les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement soient orthogonales l'une à l'autre.
Il convient de clarifier qu'un algorithme de démodulation de coupleur 3x3 amélioré est de préférence adopté dans le présent mode de réalisation. L'algorithme de démodulation de coupleur 3x3 amélioré permet d'atténuer efficacement le problème qu'une distorsion de la démodulation de phase résulte d'une erreur d'un angle de fibre optique du coupleur 3x3. Le principe de démodulation est comme suit :
A = D + Io cos Δφ
B = D + l0 cos(Aç) - 0) = D + Io (cosAç) cos0 + sin Δρ sin0) ( 10 )
C = D + Io cos (Δφ + 0) = D + 70 (cosAç, cos0 - sin Δφ sin0) ( il ) où A, B et C représentent respectivement trois sorties du coupleur 3x3, dans lequel D représente un signal de courant continu, Io représente l'amplitude du signal, Δφ représente le signal détecté, et Θ est l'angle de fibre optique du coupleur 3x3.
Les formules (9), réécrites comme suit :
(10) et (11) peuvent être
| ~A~ | 1 | 0 | 1' | Io οοδΔφ | ||
| B | = | COS0 | δϊηθ | 1 | : | 70 sin Δφ |
| C | COS0 | -δΐηθ | 1 | D |
(12)
La formule (13) peut en outre être obtenue à partir de la formule (12) :
Io cosAç) /„ sinAç)
D
| tl | 1_ |
| 1 U _1 |
Dans la formule (13), T représente une matrice
| concernant 1' | angle de fibre optique | du | coupleur | avec | |
| i ο Γ | -1 | ||||
| r = | cosô sin0 1 | ||||
| cos0 -sin0 1 | .On peut voir à partir | de | la formule | (13) | |
| que le calcul de Δφ ne dépend plus degrés d'un coupleur 3x3 ordinaire. | de | l'angle de | 120 | ||
| En outre, comme montré sur | la | figure 9, | un |
traitement différentiel, tel que montré dans la formule (14) et dans la formule (15), est effectué par les différentiateurs sur le signal A et le signal B.
/0cosA<p-(70sinA<p) = Io 2 (Δφ) (οοδΔφ)2 Io δΐηΔφ (/0 cosAp) = -/0 2(Δφ) (δϊηΔφ)2
Après cela, les signaux, après le traitement différentiel, sont soumis à un traitement de soustraction comme montré dans la formule (16) par un soustracteur :
70 2 (Δφ) (cosA<p)2+/02 (Δφ) (δϊηΔφ)2 = 702 (Δφ) (16)
Pendant ce temps, le signal A et le signal B sont traités par des élévateurs au carré, respectivement, et ensuite par un sommateur, pour obtenir la formule suivante :
7θ2 (cos Δφ)2 +/02 (sinA<jo)2 = 702 (17)
En outre, Δφ peut être obtenu en divisant la formule (16) par la formule (17) et en effectuant ensuite un traitement d'intégration sur le résultat de la division par l'intégrateur.
En résumé, dans le système de surveillance à capteur réparti à fibre optique 1 proposé par les modes de réalisation de la présente invention, la lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté est divisée par le diviseur de faisceau optique 40 en le premier faisceau de lumière et le deuxième faisceau de lumière, et le premier faisceau de lumière et le deuxième faisceau de lumière sont traités par le premier contrôleur de polarisation 51 et le deuxième contrôleur de polarisation 52 en la première lumière polarisée linéairement et la deuxième lumière polarisée linéairement, respectivement, les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement étant dans une relation prédéterminée. Une modulation d'interférence est effectuée sur la première lumière polarisée linéairement et la deuxième lumière polarisée linéairement par le premier dispositif de modulation d'interférence 61 et par le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62, respectivement, et ensuite le premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence 61 et le deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence 62 sont démodulés par le dispositif de démodulation 70 pour obtenir un signal détecté correspondant. Par conséquent, il peut être garanti autant que possible que le signal détecté ne sera pas perdu, et que le rapport signal sur bruit du système de surveillance à capteur réparti à fibre optique sera effectivement amélioré.
Ce qui précède consiste simplement en des mises en œuvre spécifiques de la présente invention, tandis que l'étendue de protection de la présente invention n'est pas limitée à celles-ci. Des variantes ou des substitutions, qui pourraient facilement être envisagées par un homme du métier qui connaît bien le domaine technique dans l'étendue technique présentée par la présente invention, devraient toutes tomber dans l'étendue de protection de la présente invention. Ainsi, l'étendue de protection de la présente invention doit être confinée par l'étendue de protection des revendications.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération de lumière de signal, un premier coupleur optique, une fibre optique de détection, un diviseur de faisceau optique, un premier contrôleur de polarisation, un deuxième contrôleur de polarisation, un premier dispositif de modulation d'interférence, un deuxième dispositif de modulation d'interférence et un dispositif de démodulation, dans lequel la fibre optique de détection est configurée pour détecter un signal détecté ;la lumière de signal générée par le dispositif de génération de lumière de signal est entrée, par l'intermédiaire du premier coupleur optique, dans la fibre optique de détection ;la lumière de rétrodiffusion de Rayleigh portant le signal détecté, dans la fibre optique de détection, est renvoyée vers le premier coupleur optique, et est entrée dans le diviseur de faisceau optique par l'intermédiaire du premier coupleur optique, et est ensuite divisée en un premier faisceau de lumière et un deuxième faisceau de lumière par le diviseur de faisceau optique, le premier faisceau de lumière est traité par le premier contrôleur de polarisation pour devenir une première lumière polarisée linéairement qui frappe ensuite le premier dispositif de modulation d'interférence, et le deuxième faisceau de lumière est traité par le deuxième contrôleur de polarisation pour devenir une deuxième lumière polarisée linéairement qui frappe également ensuite le deuxième dispositif lequel les de modulation directions de d'interférence, dans polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement sont dans une relation prédéterminée ; et le dispositif de démodulation est configuré pour démoduler un premier signal d'interférence délivré par le premier dispositif de modulation d'interférence et un deuxième signal d'interférence délivré par le deuxième dispositif de modulation d'interférence, pour obtenir le signal détecté.
- 2. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun du premier contrôleur de polarisation et du deuxième contrôleur de polarisation est un contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique, le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprenant une bobine de fibre optique enroulée sur une paroi externe d'une céramique piézoélectrique tubulaire ;dans lequel une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation est couplée à une première extrémité de division de faisceau du diviseur de faisceau optique, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation est couplée au dispositif de démodulation, une extrémité d'entrée de la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation est couplée à une deuxième extrémité de division de faisceau optique du diviseur de faisceau optique, et une extrémité de sortie de la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation est couplée au dispositif de démodulation ; et le système comprend en outre un dispositif de sortie de tension, et chacun de la céramique piézoélectrique tubulaire du premier contrôleur de polarisation, de la céramique piézoélectrique tubulaire du deuxième contrôleur de polarisation et du dispositif de démodulation est connecté électriquement au dispositif de sortie de tension.
- 3. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine de fibre optique est une bobine de fibre optique de λ/4.
- 4. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un premier logement, dans lequel la bobine de fibre optique enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée à l'intérieur du premier logement.
- 5. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un moteur et un arbre de transmission, dans lequel un arbre rotatif du moteur est relié à l'arbre de transmission, le moteur est relié, par l'intermédiaire de l'arbre de transmission, à un raccord de rotation agencé au niveau d'une partie inférieure du premier logement, et le moteur du premier contrôleur de polarisation et le moteur du deuxième contrôleur de polarisation sont tous deux connectés électriquement au dispositif de sortie de tension ;le moteur du premier contrôleur de polarisation est configuré pour entraîner en rotation la bobine de fibre optique du premier contrôleur de polarisation, pour permettre à la bobine de fibre optique de délivrer la première lumière polarisée linéairement ; et le moteur du deuxième contrôleur de polarisation est configuré pour entraîner en rotation la bobine de fibre optique du deuxième contrôleur de polarisation, pour permettre à la bobine de fibre optique de délivrer la deuxième lumière polarisée linéairement.
- 6. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le contrôleur de polarisation du type à bobine de fibre optique comprend en outre un deuxième logement, dans lequel le premier logement, dans lequel la bobine de fibre optique enroulée sur la paroi externe de la céramique piézoélectrique tubulaire est conditionnée, est agencé à l'intérieur du deuxième logement, et le deuxième logement est pourvu d'une première ouverture, d'une deuxième ouverture et d'une troisième ouverture, la première ouverture étant configurée pour permettre l'entrée de l'arbre de transmission, la deuxième ouverture étant configurée pour permettre la sortie d'une entrée de bobine de la bobine de fibre optique, et la troisième ouverture étant configurée pour permettre la sortie d'une sortie de bobine de la bobine de fibre optique.
- 7. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les directions de polarisation de la première lumière polarisée linéairement et de la deuxième lumière polarisée linéairement sont orthogonales l'une à 1'autre.
- 8. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier dispositif de modulation d'interférence comprend un premier interféromètre à fibre optique, le deuxième dispositif de modulation d'interférence comprend un deuxième interféromètre à fibre optique, et le dispositif de démodulation comprend un premier combineur de faisceaux à polarisation, un premier détecteur photoélectrique et un processeur de données, dans lequel une extrémité d'entrée du premier interféromètre à fibre optique est couplée à une extrémité de sortie du premier contrôleur de polarisation, une extrémité d'entrée du deuxième interféromètre à fibre optique est couplée à une extrémité de sortie du deuxième contrôleur de polarisation, une extrémité de sortie du premier interféromètre à fibre optique et une extrémité de sortie du deuxième interféromètre à fibre optique sont toutes deux couplées à une extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, une extrémité de sortie du premier combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du premier détecteur photoélectrique, et une extrémité de sortie du premier détecteur photoélectrique est connectée électriquement au processeur de données ; et la première lumière polarisée linéairement entre, et forme le premier signal d'interférence après avoir subi un traitement d'interférence appliqué par le premier interféromètre à fibre optique, et la deuxième lumière polarisée linéairement forme le deuxième signal d'interférence après avoir subi un traitement d'interférence appliqué par le deuxième interféromètre à fibre optique, dans lequel le premier signal d'interférence et le deuxième signal d'interférence entrent tous deux dans le premier combineur de faisceaux à polarisation, et sont convertis, après avoir été combinés par le premier combineur de faisceaux à polarisation, en un signal électrique par le premier détecteur photoélectrique, et entrent ensuite dans le processeur de données, et le processeur de données est configuré pour traiter le signal électrique pour obtenir le signal détecté.
- 9. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier dispositif de modulation d'interférence comprend en outre un deuxième coupleur optique, le deuxième dispositif de modulation d'interférence comprend en outre un troisième coupleur optique, le dispositif de démodulation comprend en outre un deuxième combineur de faisceaux à polarisation, un troisième combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième détecteur photoélectrique et un troisième détecteur photoélectrique, le premier interféromètre à fibre optique comprend un premier coupleur 3x3, et le deuxième interféromètre à fibre optique comprend un deuxième coupleur 3x3 ;l'extrémité de sortie du premier contrôleur de polarisation est couplée à un premier port du deuxième coupleur optique, un deuxième port du deuxième coupleur optique est couplé à un premier port du premier coupleur 3x3, un troisième port du deuxième coupleur optique est couplé à l'extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième port du premier coupleur 3x3 est couplé à une extrémité d'entrée du deuxième combineur de faisceaux à polarisation, et un troisième port du premier coupleur 3x3 est couplé à une extrémité d'entrée du troisième combineur de faisceaux à polarisation ;l'extrémité de sortie du deuxième contrôleur de polarisation est couplée à un premier port du troisième coupleur optique, un deuxième port du troisième coupleur optique est couplé à un premier port du deuxième coupleur 3x3, un troisième port du troisième coupleur optique est couplé à l'extrémité d'entrée du premier combineur de faisceaux à polarisation, un deuxième port du deuxième coupleur 3x3 est couplé à l'extrémité d'entrée du deuxième combineur de faisceaux à polarisation, et un troisième port du deuxième coupleur 3x3 est couplé à l'extrémité d'entrée du troisième combineur de faisceaux à polarisation ; et une extrémité de sortie du deuxième combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du deuxième détecteur photoélectrique, une extrémité de sortie du troisième combineur de faisceaux à polarisation est couplée à une extrémité d'entrée du troisième détecteur photoélectrique, et une extrémité de sortie du deuxième détecteur photoélectrique et une extrémité de sortie du troisième détecteur photoélectrique sont toutes deux connectées électriquement au processeur de données.
- 10. Système de surveillance à capteur réparti à fibre optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacun du premier interféromètre à fibre optique et du deuxième interféromètre à fibre optique est un interféromètre à fibre optique de Michelson.1/5
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611101079.2A CN106525362B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 光纤分布式传感监测系统 |
| CN201611101079.2 | 2016-12-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3059776A1 true FR3059776A1 (fr) | 2018-06-08 |
| FR3059776B1 FR3059776B1 (fr) | 2019-05-17 |
Family
ID=58354984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1752006A Active FR3059776B1 (fr) | 2016-12-02 | 2017-03-13 | Systeme de surveillance a capteur reparti a fibre optique |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106525362B (fr) |
| FR (1) | FR3059776B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114593812A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-07 | 聊城大学 | 一种基于分布式光纤振动传感的监控系统及实现方法 |
| CN114993447A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-02 | 西北大学 | 分布式区域扰动监测装置及扰动监测方法 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108519219B (zh) * | 2018-04-18 | 2020-09-04 | 中山水木光华电子信息科技有限公司 | 一种距离自适应识别光纤编码的系统 |
| CN108692807A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-10-23 | 吉林大学 | 一种光纤分布式声波监测系统 |
| CN108981767B (zh) * | 2018-08-17 | 2020-10-16 | 山东省科学院激光研究所 | 光纤分布式监测系统及方法 |
| CN113310563A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-27 | 成都海恒之星科技合伙企业(有限合伙) | 一种分布式光纤振动传感装置及提高定位精度的方法 |
| CN114777899B (zh) * | 2022-03-29 | 2024-04-26 | 孙安 | 一种基于分布式传感器的监测系统及方法 |
| CN115622626B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-03-21 | 山东省科学院激光研究所 | 一种分布式声波传感语音信息识别系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101639379A (zh) * | 2009-08-26 | 2010-02-03 | 南京大学 | 基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构及方法 |
| US20140176937A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-06-26 | Tiegen Liu | Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry |
| CN105258745A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-20 | 山东省科学院激光研究所 | 井下光纤分布式流量监测系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100282775B1 (ko) * | 1998-02-21 | 2001-03-02 | 서원석 | 광섬유 편광스크램블러 및 그 구동 파라미터 입력방법 |
| WO2012068558A1 (fr) * | 2010-11-18 | 2012-05-24 | Redfen Integrated Optics, Inc. | Marquage par impulsions pour la détection acoustique distribuée à large bande passante à fibres optiques avec diaphonie réduite |
| CN102809421A (zh) * | 2011-06-01 | 2012-12-05 | 电子科技大学 | 基于偏振态差分探测可多点定位的分布式光纤振动传感器 |
| CN103411660B (zh) * | 2013-08-29 | 2014-12-03 | 山东省科学院激光研究所 | 光纤分布式声波监测系统 |
| CN103487133B (zh) * | 2013-09-23 | 2015-08-19 | 安徽大学 | 提高激光微振动传感系统信噪比的方法及装置 |
| CN104596632A (zh) * | 2013-10-31 | 2015-05-06 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 一种可增强长距离探测的分布式光纤振动传感器及方法 |
| CN206292019U (zh) * | 2016-12-02 | 2017-06-30 | 山东省科学院激光研究所 | 光纤分布式传感监测系统 |
-
2016
- 2016-12-02 CN CN201611101079.2A patent/CN106525362B/zh active Active
-
2017
- 2017-03-13 FR FR1752006A patent/FR3059776B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101639379A (zh) * | 2009-08-26 | 2010-02-03 | 南京大学 | 基于光纤偏振光时域反射传感的振动监测结构及方法 |
| US20140176937A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-06-26 | Tiegen Liu | Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry |
| CN105258745A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-20 | 山东省科学院激光研究所 | 井下光纤分布式流量监测系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SHANG YING ET AL: "Optical fiber distributed acoustic sensing based on the self-interference of Rayleigh backscattering", MEASUREMENT, vol. 79, 28 February 2016 (2016-02-28), pages 222 - 227, XP029340898, ISSN: 0263-2241, DOI: 10.1016/J.MEASUREMENT.2015.09.042 * |
| WANG CHANG ET AL: "Distributed acoustic mapping based on interferometry of phase optical time-domain reflectometry", OPTICS COMMUNICATIONS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 346, 23 February 2015 (2015-02-23), pages 172 - 177, XP029583099, ISSN: 0030-4018, DOI: 10.1016/J.OPTCOM.2015.02.044 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114593812A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-07 | 聊城大学 | 一种基于分布式光纤振动传感的监控系统及实现方法 |
| CN114993447A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-02 | 西北大学 | 分布式区域扰动监测装置及扰动监测方法 |
| CN114993447B (zh) * | 2022-06-09 | 2023-03-10 | 西北大学 | 分布式区域扰动监测装置及扰动监测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106525362A (zh) | 2017-03-22 |
| CN106525362B (zh) | 2019-07-26 |
| FR3059776B1 (fr) | 2019-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR3059776A1 (fr) | Systeme de surveillance a capteur reparti a fibre optique | |
| EP2972086B1 (fr) | Dispositif de mesure interferometrique a fibre optique comportant un resonateur en anneau, gyrometre et centrale d'attitude ou de navigation inertielle comportant un tel dispositif | |
| FR2542868A1 (fr) | Capteur a cavites de fabry-perot | |
| FR3099952A1 (fr) | Système de détection acoustique distribuée à fibre optique | |
| EP3353502B1 (fr) | Systeme de mesure et capteur de temperature et/ou de deformation par analyse de retroreflexion brillouin. | |
| FR2541767A1 (fr) | Hydrophone a fibre optique | |
| FR2751755A1 (fr) | Velocimetre a laser a detection autodyne | |
| EP0437404B1 (fr) | Capteur de détection et de mesure de l'angle de rotation d'un plan de polarisation de la lumière | |
| EP0079268A1 (fr) | Interferomètre de type Michelson à miroir photoréfractif | |
| FR3059099A1 (fr) | Systeme de detection d'onde acoustique a fibre acoustique | |
| EP3729107A1 (fr) | Dispositif de mesure d'un champ électrique et/ou magnétique notamment dans un conducteur de transport d'énergie électrique | |
| EP1346237A1 (fr) | Anemometre a laser | |
| FR2503862A1 (fr) | Dispositif optique interferometrique avec miroir(s) a conjugaison de phase, en particulier pour gyrometre laser | |
| EP2405287B1 (fr) | Dispositif dé telédétection laser et procédé d'interférometrie | |
| EP2635883B1 (fr) | Systeme interferometrique apolarise et procede de mesure interferometrique apolarise | |
| WO2020128293A1 (fr) | Dispositif laser pour interferometrie a polarisation | |
| FR3084158A1 (fr) | Methode et dispositif de caracterisation de filtres optiques | |
| FR3105825A1 (fr) | Dispositif de mesure optique d’un paramètre physique | |
| EP0886788A1 (fr) | Velocimetre et telemetre laser utilisant une detection coherente | |
| EP3936887A1 (fr) | Système lidar cohérent à rapport signal sur bruit amélioré | |
| FR2586293A1 (fr) | Dispositif a effet sagnac, tel qu'un gyroscope a fibre optique | |
| FR2877775A1 (fr) | Gyrolaser a milieu solide semi-conducteur a structure verticale | |
| FR2771519A1 (fr) | Moyens pour la generation de rayonnements optiques accordables au moins en frequence | |
| FR2932929A1 (fr) | Dispositif laser comportant des moyens de mise en phase d'un grand nombre de sources coherentes | |
| EP1387997A1 (fr) | DISPOSITIF DE MESURE D'UN EFFET NON RéCIPROQUE, NOTAMMENT GYROMèTRE A FIBRE OPTIQUE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20180608 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |