[发明专利]基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统

权利要求书

1.基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，包括窄线宽激光器、脉冲信号发生器、电光调制器、环形器、单模光纤、光纤光栅、光电探测器和数字信号处理单元；所述窄线宽激光器的输出端连接电光调制器的光输入端，其输出的连续光通过所述电光调制器的光输入端注入电光调制器中；所述脉冲信号发生器的输出端连接电光调制器的射频输入端，其输出的编码电脉冲信号通过所述电光调制器的射频输入端注入电光调制器中，所述电光调制器在编码电脉冲信号的作用下把窄线宽激光器输出的连续光调制成编码脉冲光，所述编码脉冲光的编码位数和脉冲宽度由脉冲信号发生器设置；所述电光调制器的输出端连接环形器的第一端口以将编码脉冲光注入环形器，所述环形器的第二端口依次连接单模光纤、光纤光栅以将编码脉冲光输入单模光纤并在单模光纤中向光纤光栅传播；所述光电探测器连接环形器的第三端口，以接收从所述单模光纤返回的背向散射光和光纤光栅反射回来的反射光、并输出单模光纤返回的背向散射光和光纤光栅反射回来的反射光混合得到的电信号；所述数字信号处理单元连接光电探测器以通过所述电信号得到单模光纤链路的光时域反射仪曲线(OTDR曲线)和光纤光栅所处环境的振动信息。

2.如权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，所述光纤光栅振动测量系统发出的编码脉冲光的周期为T，所述周期T满足以下条件：

T>2Lc/n]]>

其中，L为单模光纤长度，c为真空中的光速，n为单模光纤纤芯有效折射率。

3.如权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，所述窄线宽激光器输出的连续光的中心波长等于光纤光栅反射谱上升沿或下降沿一半处的波长。

4.如权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，所述电光调制器为振幅调制型电光调制器。

5.如权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，所述数字信号处理单元由脉冲信号发生器向其发出的同步触发信号触发运行。

6.如权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统，其特征在于，所述光纤光栅为布拉格光栅。

7.一种基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量方法，其基于权利要求1所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量系统进行，其特征在于，所述光纤光栅振动测量方法包括OTDR曲线的获取，其中，所述OTDR曲线的获取包括如下步骤：

1)调整所述脉冲信号发生器输出的编码电脉冲信号的周期、编码位数和码元宽度；

2)所述窄线宽激光器将连续光、所述脉冲信号发生器将编码电脉冲信号注入电光调制器，所述电光调制器输出的编码脉冲光至所述环形器中，所述数字信号处理单元记录编码脉冲光发出至光电探测器接收到光信号的时间间隔t，同时所述数字信号处理单元记录时间间隔t内每一时刻的光功率；

3)所述数字信号处理单元依据所测量得到的时间间隔t和每一时刻的光功率，并根据公式经过解码得到OTDR曲线；其中，所述公式中，L为单模光纤长度，c为真空中的光速，n为单模光纤纤芯有效折射率。

8.如权利要求7所述的基于脉冲编码和边沿滤波法的光纤光栅振动测量方法，其特征在于，所述光纤光栅振动测量方法还包括光纤光栅反射谱光功率的时域曲线和频域曲线的获取，其中，所述光纤光栅反射谱光功率的时域曲线和频域曲线的获取基于OTDR曲线的获取得到的，具体步骤如下：

1)光纤光栅反射谱光功率的时域曲线的获取：所述数字信号处理单元根据所测得的OTDR曲线确定光纤光栅的位置，并根据探测到光纤光栅反射光功率的时间顺序提取光纤光栅反射光功率分布曲线，即得到光纤光栅反射谱光功率的时域曲线，其中，所述光纤光栅反射谱光功率的时域曲线中的幅值对应光纤光栅所处环境振动的幅值大小；

2)光纤光栅反射谱光功率的频域曲线的获取：所述数字信号处理单元对所述光纤光栅反射光功率分布曲线进行快速傅里叶变换即得到光纤光栅反射谱光功率的频域曲线，同时所述数字信号处理单元获取基频信号的频率信息f₀，从而实现所述光纤光栅所处外界环境振动的实时监测；其中，所述基频信号为所述光纤光栅振动测量系统无振动或者振动稳定且不超出预先设定值时光纤光栅反射回来的光信号。