[发明专利]一种基于相位载波技术的光纤传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号检测和分析技术领域，具体地，涉及一种基于相位载波技术的光纤传感装置。 

背景技术

随着激光技术和通信技术的发展，近年来光纤传感技术得到了迅猛的发展，并开始有最早的军用走入民用。 

分布式光纤传感系统（参见图7）是其中的一枝独秀，应用前景非常广阔。但是，现有的分布式光纤传感技术基于全光解调技术，在当传感系统由于振动过激导致偏振态紊乱而无法感知振动。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在空间分布率低、探测灵敏度低、测量范围小和响应时间长等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于相位载波技术的光纤传感装置，以实现空间分布率高、探测灵敏度高、测量范围大和响应时间短的优点。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于相位载波技术的光纤传感装置，主要包括基于分布式光纤传感系统设置的光源发生装置，按光的传播路径配合设置在所述光源发生装置之后的周期信号相位载波装置。 

进一步地，所述周期信号相位载波装置，包括嵌入有光源发生装置的光纤传感信号处理主机，与所述光纤传感信号处理主机配合设置的光包，用于装载光包的光包盒，与所述光纤传感信号处理主机配合设置的光纤，以及用于装载光纤的光包盒； 

在所述光纤传感信号处理主机中，设有用于产生余弦载波信号的周期信号发生电路；

在所述光纤传感信号处理主机中，设有用于将光纤中的光强变化信号转换成电子设备能够处理的电信号的光电转换装置；

在所述光纤传感信号处理主机中，设有用于从周期信号发生电路产生的余弦载波信号中还原振动信号的振动信号检波电路；

在所述光纤传感信号处理主机与光包之间，设有用于将周期的载波信号传输至光包盒、以备对激光信号进行载波调谐的电信号传输电缆；

在所述光包盒中，设有用于将根据电信号传输电缆中的电调制信号规律来改变激光振荡的相位角即周期余弦信号载波的电光相位调制器；

在所述光包盒中，设有用于接收光纤调制传感光信号、并基于该光纤调制传感光信号将被调制的光相位变化转换成干涉后的光强变化的光纤耦合器；

在所述光纤传感信号处理主机的传感区域，设有用于感知传感区域的振动情况、并将基于振动情况的振动信号传输至光纤传感信号处理主机中进行处理的传感光缆；

所述周期信号发生电路，与振动信号检波电路连接；所述周期信号发生电路和光源发生装置，分别与光纤耦合器连接，为光线传感系统提供载波信号。

进一步地，在所述光包盒中，还设有依次连接在所述光纤耦合器与光纤传感信号处理主机之间的探测器和放大器。 

进一步地，所述光纤，包括双环传感光纤；和/或，所述周期信号发生电路，包括余弦信号发生器；和/或，所述光纤传感信号处理主机，包括信号采集及数字信号处理模块。 

进一步地，所述光源发生装置，包括激光发生器。 

本发明所述的基于相位载波技术的光纤传感装置，主要由双环传感光纤、光路模块（即激光发生器）、光电转换及信号处理模块（即光纤耦合器、余弦信号发生器和放大器）、信号分析与报警系统（即数字信号处理器）四模块组成。该基于相位载波技术的光纤传感装置的核心为：周期信号相位载波装置分布于信号处理模块中和光路模块中，由周期信号发生电路、光电转换装置和振动信号检波电路组成。 

上述实施例的基于相位载波技术的光纤传感装置的工作流程如下： 

第一步、光纤传感信号处理主机中嵌入了一个激光光源（即激光发生器）和余弦信号发生器，分别产生一路激光和一路余弦载波信号，经过通信光缆和载波电缆引入光包，在光包中激光被分光器分成光强相等、相位相同功率减半的两路激光，每路激光都通过一个Y波导进行正玄信号载波并分成两路，而后进入一个感应环路；

第二步、经过感应环路的调制，调制激光汇聚于光纤耦合器中的干涉器（如双环Sagnac光纤干涉仪），形成相干光，最后通过通信光纤进入光纤传感信号处理主机的光信号探测器；

第三步、两路相干光分别被光电转换装置转换成两路电信号，并通过放大器、以及数字信号处理器中的滤波模块和A/D模块变为数字信号；

第四步、对数字信号进行信号解调，将加载于余弦信号上的振动（扰动）信号保留，滤除载波信号。