[发明专利]一种结合PGC技术和Φ-OTDR技术探测光纤振动的方法及装置

说明书

本发明公开了一种结合PGC技术和Φ‑OTDR技术探测光纤振动的方法及装置，该方法将窄线宽激光分成两路，一路作为参考光，通过PZT进行相位外调制后，引入光纤干涉仪；另一路作为信号光，通过Φ‑OTDR方式获得瑞利后向散射光后，引入光纤干涉仪；通过光纤干涉仪实现信号光和参考光的干涉；采用反正切PGC解调法对干涉信号进行解调，对干涉信号通过贝塞尔函数进行展开，获得后向散射光相位信息，从而得到高精度的待测光纤振动信息。本发明具有低噪声、灵敏度高、性能稳定的特点。

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感的方法，尤其涉及一种结合PGC(phasegenerated carrier)技术和Φ-OTDR技术探测光纤振动的方法及装置。

背景技术

世界上首次出现的的衰减小于20dB/km的光纤是康宁公司在1970年研制的，自此光纤的各方面性能都得到了极大的提升，加上光纤成本的降低，使得光纤在通信中发挥了极大的作用。在通信系统中，光纤主要是作为光信号传输的媒介，而实际上当光纤所处环境的外界状态(如温度、应变、磁场)等发生变化后，光纤中传输的光波的各种参数(如强度、相位信息、偏振态等)都会受到调制，探测通过光纤中光波的不同参数信息便可以实现传感。相对于传统的机械式以及电式传感器，光纤传感器具有许多独特的优点；

1.耐腐蚀、抗高温、体积小、质量捂，能够适用多种环境。光纤由于自身材料(其主要成分为二氧化硅SiO2)的特点能够在强腐蚀性、高温等恶劣环境下正常工作。此外光纤直径极小，质量轻，能够与待测物紧密的结合，且不影响待测物的性能。因此光纤传感器能够植入到待测物中，构成新型智能传感器。

2.灵敏度高。由于使用光波作为探测信号而光信号通常具有较短的波长和极高的频率，这使得其可以应用于各种微小信号检测的场合。

3.可测参量多、对象广。光纤传感器可以实现对温度、应变、位移、压力、电流、电压、加速度等参量的测试，还能够被应用于测量折射率、光辐射、湿度等领域。

不同的应用场合，传感器所需要具备的测量范围不同，按照测量范围进行分类可分为：

1.点式传感器：它仅能够实现单点事件或该点附近较小区域内事件的探测；

2.准分布式光纤传感器：它由多个点式的传感器组成，通过各种复用技术实现多点信号的测量，光纤光栅是一种使用较为普遍的准分布式光纤传感器；

3.分布式光纤传感器。这类技术能够对整条光纤进行连续的，无盲区的测量，能够应用于大范围、长距离的场合，是光纤传感技术一个十分重要的分支。

自1976年Barnsen和Jensor最早提出了光纤中背向散射光可以应用于传感后，基于背向瑞利散射光的OTDR技术(Optical Time Domain Reflectometer)的出现使得分布式光纤传感技术的概念更加突出。20世纪80年代，基于布里渊散射光和拉曼散射光的分布式传感技术也分别被报道。在90年代初这些分布式传感器的性能得到了极大的提升，引起了更多研究者关注，被认为是极具潜力的一个研究方向。基于瑞利散射的OTDR技术，基于布里渊散射光的分布式传感技术，以及基于拉曼散射的拉曼光时域反射技术是分布式光纤传感技术中三个重要的分支。其中基于布里渊散射光的分布式传感技术中主要包括BOTDR技术(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)BOTDA技术(Brillouin Optical TimeDomain Analysis)。

分布式光纤传感器是大型基础设施结构健康监测的优秀解决方案，对大型基础设施的温度进行监测可以有效的预防火灾等险情，而对振动进行监测可以进行周界安防。温度和振动的监测是分布式光纤传感技术两个重点关注的参量。同时，温度和振动也是静态参量和动态参量的两种典型参量。在诸多分布式光纤传感技术中基于瑞利散射的OTDR技术和BOTDR技术，在温度和振动的监测上具有突出的优点，是两种应用十分广泛的分布式光纤传感技术。

发明内容