[发明专利]识别异物入侵的分布式光纤传感器及异物入侵信号感知处理方法

权利要求书

1.识别异物入侵的分布式光纤传感器，其特征在于：包括激光器(1)、光纤耦合器一(2)、声光调制器(3)、掺饵光纤放大器一(4)、环形器一(5)、待测光纤(6)、掺饵光纤放大器二(7)、环形器二(8)、光纤耦合器二(9)、平衡探测器(10)、数据采集单元(11)、上位机(12)、任意函数发生器(13)和滤波器(14)；

激光器(1)的入射光通过光纤耦合器一(2)分成两路，上支路作为探测光，下支路作为参考光；探测光一路经过受任意函数发生器(13)控制的声光调制器(3)，被调制成脉冲光，经过掺饵光纤放大器一(4)进行放大，放大后的脉冲光从环形器一(5)端口1经过端口2进入待测光纤(6)后产生后向散射光，后向散射光再经过掺饵光纤放大器二(7)进行二次放大；再从环形器二(8)的端口1经过端口2进入滤波器(14)，滤波器14的反射端经过环形器二8的端口3，与参考光一起入射到光纤耦合器二(9)中，光纤耦合器二(9)具有四端口，光纤耦合器二9输出的拍频光，采用平衡探测器(10)进行光电转化，最后通过任意函数发生器(13)触发控制的数据采集单元(11)采集瑞利散射信号，采集到的瑞利散射信号通过上位机(12)进行分析和解调。

2.根据权利要求1所述的识别异物入侵的分布式光纤传感器，其特征在于：所述激光器(1)采用分布反馈式半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的识别异物入侵的分布式光纤传感器，其特征在于：所述激光器(1)采用可调谐光纤激光器。

4.根据权利要求1所述的识别异物入侵的分布式光纤传感器，其特征在于：所述激光器(1)是保偏光纤输出。

5.根据权利要求1所述的识别异物入侵的分布式光纤传感器，其特征在于：所述光纤耦合器一(2)的耦合比为95:5、80:20或50:50；所述滤波器(14)为光纤光栅滤波器或可调谐滤波器。

6.异物入侵信号感知处理方法，该方法是基于权利要求1～5中任一所述识别异物入侵的分布式光纤传感器实现的，其特征在于：具体步骤是，激光器的入射光通过光纤耦合器一后的探测光一路经过声光调制器和掺饵光纤放大器一，再通过环行器一注入到待测光纤中，光纤中反射回的瑞利散射光再依次经过掺饵光纤放大器二进行二次放大；再从环形器二的端口1经过端口2进入滤波器，滤波器的反射端经过环形器二的端口3，与参考光一起入射到光纤耦合器二中，光纤耦合器二输出的拍频光，采用平衡探测器进行光电转化，再通过数据采集单元对信号进行采集；通过数字相干检测技术，对光纤链路散射回来的瑞利信号电场的振幅和相位进行实时解调，通过特征提取得出短时过零率、功率谱密度、小波能量谱和相位特征参量，实时解调出信号特征，利用特征矢量采用二叉树结构的支持向量机算法进行多分类模式识别。

7.根据权利要求6所述的采用异物入侵信号感知处理方法，其特征在于：所述平衡探测器对拍频信号进行光电转化，输出交流部分，数据处理单元将交流信号转化为数字信号送入计算机中进行处理；再对数字信号采用正交解调方法获得瑞利信号的振幅和相位；具体为：

平衡探测器探测到的交流电流为公式(1)所示：

公式中a_LO为参考光的振幅，a_R为瑞利散射光的振幅，ω为声光调制器的频移量，为瑞利散射光的相位，为参考光的相位；

正交解调方法：首先分别对P(t)乘以一个频率为ω的正弦信号和余弦信号，然后对结果进行低通滤波，得到的I，Q两路的输出结果为公式(2)和(3)所示：

最后解调出的振幅和相位为公式(4)和(5)；

式中k为整数，再通过相位解卷积算法对该相位进行处理，得到瑞利散射光相位。