[发明专利]一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法

权利要求书

1.一种弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，包括窄线宽激光器、声光调制器、环形器、弱光栅阵列和3×3耦合器和光电探测器；

所述窄线宽激光器，用于产生中心波长一定的连续光，并发送至所述声光调制器；所述声光调制器，用于将所述连续光调制为相应的双脉冲信号，并将所述双脉冲信号传送至环形器；所述环形器，用于接收所述双脉冲信号，并将所述双脉冲信号传送至弱光栅阵列，所述弱光栅阵列将所述双脉冲信号反射至环形器；所述环形器还用于将经过反射的双脉冲信号传送至所述3×3耦合器；所述3×3耦合器，用于使经过反射的双脉冲信号形成干涉，生成干涉信号；所述光电探测器，用于获取所述干涉信号，并将所述干涉信号转换为电信号。

2.根据权利要求1所述的弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，还包括数据采集与FPGA处理单元，所述数据采集与FPGA处理单元，用于生成电脉冲，以使声光调制器将所述连续光调制为相应的双脉冲信号；所述数据采集与FPGA处理单元还用于对所述电信号进行采集并解调，形成解调后的信号。

3.根据权利要求1所述的弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，还包括掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器，用于将所述双脉冲信号放大；所述声光调制器将所述双脉冲信号传送至环形器，具体包括，所述声光调制器将所述双脉冲信号传送至掺铒光纤放大器，经掺铒光纤放大器放大后，传送至环形器。

4.根据权利要求1所述的弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，所述声光调制器将所述连续光调制为相应的双脉冲信号，具体包括，所述声光调制器将所述连续光调制成前后两上升沿的时间延迟为T_ps、脉冲脉宽为T_w、脉冲重复频率为F_p的双脉冲信号，

其中，F_p≤v/2L，v为光在弱光栅阵列中的传播速度，d为弱光栅阵列光栅距离，n_e为弱光栅阵列的折射率，L为弱光栅阵列的长度，c为光速。

5.根据权利要求4所述的弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，所述3×3耦合器使经过反射的双脉冲信号形成干涉，生成干涉信号，具体包括，所述3×3耦合器使经过反射的双脉冲信号形成干涉，当t＝0时双脉冲信号输入传感光纤，第i与i+1个光栅反射信号形成干涉强度为I(t)的干涉信号；

其中，E_i,R_i,τ_i分别为第i个光栅的振幅、反射率、时间；φ(t)为第i+1与i个光栅之间的相位差，σ偏振失配因子。

6.根据权利要求5所述的弱光栅阵列分布式振动传感系统，其特征在于，还包括根据所述第i与i+1个光栅反射信号形成的干涉强度为I(t)的干涉信号，获取三个探测器的电流

并使用标准的反正切算法，可以得到电信号的电压，

其中，D为直流分量，φ₀是相邻弱光栅阵列的初相位差，Δφ是外界环境引起的相位差。

7.一种弱光栅阵列分布式振动传感方法，其特征在于，包括以下步骤：

将中心波长一定的连续光调制为相应的双脉冲信号，并将所述双脉冲信号传送至弱光栅阵列；所述弱光栅阵列将所述双脉冲信号反射，使经过反射的双脉冲信号形成干涉，生成干涉信号；获取所述干涉信号，并将所述干涉信号转换为电信号。

8.根据权利要求7所述的弱光栅阵列分布式振动传感方法，其特征在于，还包括对所述电信号进行采集并解调，形成解调后的信号；对解调后的信号使用反正切算法得到相邻两光栅之间的相位变化。

9.根据权利要求7所述的弱光栅阵列分布式振动传感方法，其特征在于，还包括在将所述双脉冲信号传送至弱光栅阵列前，对所述双脉冲信号进行放大。

10.根据权利要求7所述的弱光栅阵列分布式振动传感方法，其特征在于，将所述连续光调制为相应的双脉冲信号，具体包括，将所述连续光调制成时间延迟为T_ps、脉冲脉宽为T_w、脉冲重复频率为F_p的双脉冲信号，

其中，F_p≤v/2L，v为光在弱光栅阵列中的传播速度，d为弱光栅阵列光栅距离，n_e为弱光栅阵列的折射率，L为弱光栅阵列的长度，c为光速。