本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及分布式光纖振動定位傳感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光纖具有抗電磁干擾性強，環(huán)境適應(yīng)性強，耐水耐腐蝕等優(yōu)異的性能。因此，光纖傳感可以用來測量很多物理量，比如振動、壓力、應(yīng)變、溫度等。近些年來，分布式光纖振動定位傳感系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于國防、民用和商用機密等安全防范領(lǐng)域。

基于相位敏感的光時域反射技術(shù)的光纖振動定位傳感系統(tǒng)具有定位精度高、定位簡單、探測距離長等優(yōu)點，但是該系統(tǒng)輸出的有用信號功率較低，對光學(xué)器件要求很高，而且其原理限制了系統(tǒng)對振動的頻率響應(yīng)?；贛-Z干涉、Michelson干涉等傳統(tǒng)光干涉的分布式光纖振動定位傳感系統(tǒng)則很難實現(xiàn)兩路干涉信號的零光程差，對光源的相干性要求較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，不僅緩解了系統(tǒng)對光學(xué)器件要求較高的不足，而且系統(tǒng)輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，并且具有很寬的頻率響應(yīng)，可以探測定位光纖上任一點的振動。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，包括第一激光器，所述的第一激光器的輸出端連接第一環(huán)行器，其特征在于：所述的第一環(huán)行器連接第一耦合器，所述的第一耦合器連接第一光纖布拉格光柵，所述的第一光纖布拉格光柵連接傳感光纖，所述的傳感光纖與第二光纖布拉格光柵連接，所述的第二光纖布拉格光柵與第二耦合器連接，所述的第二耦合器與第二環(huán)行器連接，所述的第二環(huán)形器與第二激光器連接，所述的第一環(huán)行器和所述的第二環(huán)行器的輸出端均與數(shù)據(jù)采集模塊連接，所述的數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接。

所述的第一激光器發(fā)出中心波長為1550nm的激光，所述的第二激光器發(fā)出中心波長為1310nm的激光。

所述的第一光纖布拉格光柵的反射中心波長為1310nm，所述的第二光纖布拉格光柵的反射中心波長為1550nm。

所述的第一耦合器和所述的第二耦合器為3dB的耦合器。

一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的傳感方法，包括如下步驟：

步驟1、數(shù)據(jù)采集模塊采集第一環(huán)行器和第二環(huán)行器輸出的干涉信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，分別記為d₁(m)和d₂(m)，其中m表示采樣點數(shù)，兩路數(shù)字信號輸送給數(shù)據(jù)處理模塊；

步驟2、數(shù)據(jù)處理模塊計算步驟1中接收到的兩路干涉數(shù)字信號的互相關(guān)系數(shù)，得dcorr(Δm)＝corrcoef(d₁(m+Δm),d₂(m))，其中corrceof(*,*)表示互相關(guān)系數(shù)運算，Δm＝-m,-m+1,-m+2,...,m；

步驟3、找出互相關(guān)系數(shù)dcorr(Δm)最大時對應(yīng)的Δm，進而計算出時間差Δt＝Δm/v；

步驟4、根據(jù)步驟3中的Δt，即可計算出擾動與第一光纖布拉格光柵的距離為

所述步驟3中v為數(shù)據(jù)采集模塊的采樣頻率；

所述步驟4中L為傳感光纖的總長度，n為傳感光纖纖芯折射率，c為真空中光速。

本發(fā)明采取上述結(jié)構(gòu)和方法，可以實現(xiàn)對傳感光纖附近振動的精準(zhǔn)定位，并且具有寬頻率響應(yīng)、探測簡單等優(yōu)點。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

圖1為本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的附圖標(biāo)記分別為：1、第一激光器；2、第一環(huán)行器；3、第一耦合器；4、第一光纖布拉格光柵；5、傳感光纖；6、第二光纖布拉格光柵；7、第二耦合器；8、第二環(huán)行器；9、第二激光器；10、數(shù)據(jù)采集模塊；11、數(shù)據(jù)處理模塊。

具體實施方式

如圖1所示，分布式光纖振動傳感系統(tǒng)包括：第一激光器1、第一環(huán)行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5、第二光纖布拉格光柵6、第二耦合器7、第二環(huán)行器8、第二激光器9、數(shù)據(jù)采集模塊10和數(shù)據(jù)處理模塊11。第一激光器1與第一環(huán)行器2連接，第一環(huán)行器2與第一耦合器3連接，第一耦合器3與第一光纖布拉格光柵4連接，第一光纖布拉格光柵4與傳感光纖5連接，傳感光纖5與第二光纖布拉格光柵6連接，第二光纖布拉格光柵6與第二耦合器7連接，第二耦合器7與第二環(huán)行器8連接，第二環(huán)行器8與第二激光器連接9，數(shù)據(jù)采集模塊10分別采集第一環(huán)行器2與第二環(huán)行器8處產(chǎn)生的干涉信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集模塊10與數(shù)據(jù)處理模塊11連接。

第一激光器1發(fā)出的激光中心波長為1550nm，第二激光器9發(fā)出的激光中心波長為1310nm。第一光纖布拉格光柵4的反射中心波長為1310nm，第二光纖布拉格光柵6的反射中心波長為1550nm。第一耦合器3和第二耦合器7均為3dB耦合器。第一激光器1發(fā)出的激光經(jīng)第一環(huán)行器2、第一耦合器3、第一光纖布拉格光柵4、傳感光纖5后傳遞到第二光纖布拉格光柵6，并在第二光纖布拉格光柵6反射后，在第一環(huán)行器2處產(chǎn)生干涉；同理，第二激光器9發(fā)出的激光經(jīng)第二環(huán)行器8、第二耦合器7、第二光纖布拉格光柵6、傳感光纖5后傳遞到第一光纖布拉格光柵4，并在第一光纖布拉格光柵4反射后，在第二環(huán)行器8處產(chǎn)生干涉。當(dāng)擾動作用于傳感光纖5時，由于光彈效應(yīng)，擾動會對光纖產(chǎn)生相位調(diào)制，而調(diào)制信息到達第一環(huán)行器2和第二環(huán)行器8存在時間差，利用此時間差即可進一步計算出擾動在傳感光纖附近的位置。數(shù)據(jù)采集模塊10采集第一環(huán)行器2和第二環(huán)行器8輸出的干涉信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后計算這兩組干涉信號的互相關(guān)系數(shù)，得出互相關(guān)系數(shù)最大對應(yīng)的采樣點數(shù)差，進而根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的采樣頻率計算出時間差，實現(xiàn)對振動的定位。

上述分布式光纖定位傳感系統(tǒng)的振動傳感方法包括如下具體步驟：

步驟1、開啟第一激光器和第二激光器，在擾動作用于光纖時，數(shù)據(jù)采集模塊采集第一環(huán)行器和第二環(huán)行器輸出的干涉信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，分別記為d₁(m)和d₂(m)，其中m表示采樣點數(shù)，兩路數(shù)字信號輸送給數(shù)據(jù)處理模塊；

步驟2、數(shù)據(jù)處理模塊計算步驟1中接收到的兩路干涉數(shù)字信號的互相關(guān)系數(shù)，得dcorr(Δm)＝corrcoef(d₁(m+Δm),d₂(m))，其中corrceof(*,*)表示互相關(guān)系數(shù)運算，Δm＝-m,-m+1,-m+2,...,m；

步驟3、找出互相關(guān)系數(shù)dcorr(Δm)最大時對應(yīng)的Δm，進而計算出時間差Δt＝Δm/v；

步驟4、根據(jù)步驟3中的Δt，即可計算出擾動與第一光纖布拉格光柵的距離為

步驟3中v為數(shù)據(jù)采集模塊的采樣頻率；

步驟4中L為傳感光纖的總長度，n為傳感光纖纖芯折射率，c為真空中光速。

本發(fā)明的一種分布式光纖振動定位傳感系統(tǒng)，不僅緩解了系統(tǒng)對光學(xué)器件要求較高的不足，而且系統(tǒng)輸出的有用信號較強，探測簡單，對振動的定位精確，并且具有很寬的頻率響應(yīng)，可以探測定位光纖上任一點的振動。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。