[发明专利]基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测装置，还涉及一种基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测方法。

背景技术

传统的单端光纤Sagnac干涉光路，很实现到长距离检测，主要原因有：(1)最终产生干涉的信号是激光在光纤末端端面的菲涅尔反射产生的，这使得干涉光非常微弱；(2)在传统的单端光纤Sagnac干涉光路中，激光要来回三次经过3×3的耦合器，每次光信号衰减5dB，由耦合器产生的光信号衰减就达到了15dB，导致干涉信号强度再次产生大的衰减。

如图1所示，传统的单端光纤Sagnac干涉光路中，通过3×3的耦合器11及光纤延时纤9形成干涉光路，当有振动产生时，光的相位变化，由干涉将这种变化转换成光强的变化，所以只要检测光强就可以检测光纤是否振动。

光源7产生的连续光从第二端口2进入3×3的耦合器11，光分成2路，第一路经第四端口4—第一端口1—第五端口5，进入待测光纤10，在光纤末端发生菲涅尔反射，反射光经第五端口5进入3×3的耦合器11；第二路直接经第五端口5进入待测光纤10，在光纤末端发生菲涅尔反射，反射光经第五端口5进入3×3耦合器11，经第一端口1—第四端口4再次进入3×3耦合器11；第六端口6的光损耗掉。这两路光由同一束光按光强1：1比例分成，光程差为0，在3×3耦合器11处发生干涉，干涉光经第三端口3进入光电探测器8。

当有光纤发生振动时，引起光的相位发生变化，而两路光由于光行进的路径不同，其产生相位变化的时差有区别，因此在3×3耦合器11处发生干涉时，两路光的相位变化是不同的。在3×3耦合器11处光的相位变化转换成光的强度变化，在光电探测器8处转换成电信号的强度变化。

单端光纤Sagnac干涉光路的主要光器件是3×3耦合器11，而光经过3×3耦合器会产生5dB的衰减，由上面的光路分析知：激光器发出的连续光信号要来回三次经过3×3耦合器，这样由耦合器产生的光信号衰减就达到了15dB。发生干涉的光信号是光信号经光纤末端的端面菲涅尔反射产生的，菲涅尔反射的强度只有原反射光强度的4％，干涉信号光强很弱。因此光纤的基于Sagnac干涉的光纤振动检测装置很难达到长距离检测，大大限制了此光路的实用化进程。

发明内容

本发明提出一种基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测装置和方法，解决了现有的单端光纤Sagnac干涉光路长距离检测中干涉光损耗大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测装置，包括光源、光电探测器、光环行器、2×2耦合器和光纤延时纤；

所述光源发出的激光信号经过光环行器，进入2×2耦合器，在2×2耦合器处光信号分成两路：一路光信号A，经过光纤延时纤进入待测光纤，末端返回的菲涅尔反射光信号，进入2×2耦合器；另一路光信号B，直接进入待测光纤，末端返回的菲涅尔反射光信号，经2×2耦合器，进入光纤延时纤，经光纤延时纤一圈，回到2×2耦合器；

光信号在2×2耦合器处发生干涉，干涉信号经过光环形器被光电探测器感测。

本发明还提出了一种基于Sagnac干涉的长距离光纤振动检测方法，包括以下步骤：光源发出的激光信号经过光环行器，进入2×2耦合器，在2×2耦合器处光信号分成两路：一路光信号A，经过光纤延时纤进入待测光纤，末端返回的菲涅尔反射光信号，进入2×2耦合器；另一路光信号B，直接进入待测光纤，末端返回的菲涅尔反射光信号，经2×2耦合器，进入光纤延时纤，经光纤延时纤一圈，回到2×2耦合器；光信号在2×2耦合器处发生干涉，干涉信号经过光环形器被光电探测器感测。

本发明的有益效果是：

(1)单端Sagnac干涉的光纤光路与传统的单端干涉光路相比，插损减少了约5dB；

(2)在相同的条件下，只通过光路的改善就可以使得基于单端光纤Sagnac干涉的设备在探测振动信号时的探测距离长了3倍，大大推动了此设备在长距离振动信号检测中的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的单端光纤Sagnac干涉光路的结构示意图；