[发明专利]基于反馈的全光纤传感定位系统及定位方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感测量技术领域，具体为一种基于反馈的全光纤传感定位系统及定位方法。本发明采用反馈型的全光纤干涉技术构建了光纤传感结构。该结构通过获取同一振动源的两种干涉信号，借助两种干涉信号的相位差之差，消除光纤监测系统中频率干扰项的影响，实现定位功能。这种方法的优点是利用改进的频域定位方法获得位置信息大大提高了定位精度。本发明的另一优点能够利用单根光纤进行定位监测，从原理上来说，没有监测范围限制，能够检测微小扰动，灵敏度高。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于反馈的全光纤传感定位系统及定位方法。

背景技术

分布式光纤传感技术是信号探测和定位的最理想手段之一，具有高分辨率、高精度、高响应速度的优点，而其中基于相位调制原理的分布式光纤干涉系统，又同时具有隔离静态、准静态的环境噪声影响、只响应动态信号、对光源相干长度要求低、系统调整方便、测试动态范围广的优点，更具有实用价值。分布式光纤传感系统已经在速度测试、振动传感等领域得到了广泛的应用。

传统的分布式光纤传感扰动源定位方法主要有陷波点法和自相关时延法。陷波点法是通过扰动源引起的光相位差的频谱图中的频率缺失点来获得振动点的位置信息。但是该方法中的频率缺失点位置易受到其他因素的干扰，存在系列扰动频率点，从而使得定位精度下降。自相关时延法是对解调后的相位信号做自相关，利用不同路径光信号之间受到扰动的时延差来实现扰动定位。但该方法计算复杂度高，导致计算缓慢，对处理设备要求较高。

发明内容

本发明针对光纤传感检测系统，提出一种基于反馈的全光纤传感定位系统及定位方法。本发明采用反馈型的全光纤干涉技术构建了光纤传感结构。该结构通过获取同一振动源的两种干涉信号，借助两种干涉信号的相位差之差，消除光纤监测系统中频率干扰项的影响，实现扰动点位置的定位。

一种基于反馈的全光纤传感定位系统，包括：反馈式全光纤传感器模块、光纤扰动检测模块、扰动定位模块，首先通过反馈式全光纤传感器模块输出两路干涉信号，然后通过光纤扰动检测模块将干涉信号转换为电信号，最后通过扰动定位模块利用相关算法得到定位结果。

所述反馈式全光纤传感器模块，采用如下反馈干涉结构它包括第一光纤分路器一、第二光纤分路器、第三光纤分路器、第四光纤分路器、第五光纤分路器、光纤环形器、第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、第四光电转换器、第一反馈装置、第二反馈装置、光纤延迟线L_d、光纤延迟线L₃；第二光纤分路器是3×3光纤分路器，第一光纤分路器一、第三光纤分路器、第四光纤分路器、第五光纤分路器是光纤波分复用器；信息处理单元分别与第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、第四光电转换器的端口7b、8b、9b、10b连接；光纤环形器的端口2a1与第一光纤分路器的1b1端口连接，端口2c1与光纤环形器的端口5a1连接；第二光纤分路器的端口3a2与光纤环形器的端口2b1相连，端口3a3与第五光纤分路器的端口6a1连接，端口3b2与第三光纤分路器的端口4a1连接；第三光纤分路器的端口4b1与第一反馈装置连接，端口4b2与第二反馈装置连接；光第一光电转换器、第二光电转换器与第四光纤分路器的端口5b1、5b2连接；第三光电转换器、第四光电转换器与第五光纤分路器的端口6b1、6b2连接；第三光纤分路器的端口4b1附近设置有第二光纤延迟线L₃；第二光纤分路器的端口3a1和3a2设置有第一光纤延迟线L_d；第一光纤分路器一的端口1a1、1a2为光源输入端口，第四光纤分路器的端口5b1、5b2、和第五光纤分路器的端口6b1、6b2为干涉信号输出端口。

光源为宽带光源，经下述两条路径传输的光可以相干，形成干涉A，经端口5b1(或5b2)输出：

a)1a1-1b-2a-2b-3a2-3b2-4a-4b1-11-4b1-4a-3b2-3a1-3b1；

b)1a1-1b-2a-2b-3a2-3b1-3a1-3b2-4a-4b1-11-4b1-4a-3b2；