[发明专利]一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法

说明书

本发明公开一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法，属于光纤光栅传感技术领域，解决了现有技术中使用双臂干涉仪解调存在容易受外界环境干扰，底噪声大，频率响应带宽较窄的问题。一种弱光栅阵列分布式振动传感系统，包括窄线宽激光器，用于产生中心波长一定的连续光；声光调制器，用于将连续光调制为相应的双脉冲信号；环形器，用于将双脉冲信号传送至弱光栅阵列；弱光栅阵列将所述双脉冲信号反射至环形器；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；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；光电探测器，用于获取干涉信号，并其转换为电信号。降低了系统底噪声、提高了信噪比和频率响应范围。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其是涉及一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法。

背景技术

对于分布式弱光栅振动传感解调系统的信号采集及解调端；根据光纤光栅的振动传感机制，振动信号实质是被调制到干涉信号中，进行振动信号的解调实际上是进行相位解调；目前，分布式传感系统常用的相位解调方式有正交(IQ)解调算法、相位载波生成(PGC)检测法以及3×3耦合器解调算法；

对于分布式弱光栅振动传感解调系统的信号解调，目前常用的干涉仪为Mach-Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪、Michelson干涉仪；脉冲光被连续的弱光栅反射回来，最终到达干涉仪中，经过两个不等长干涉臂后在耦合器中发生干涉，从而使相邻弱光栅的反射光产生干涉现象；具有敏感双臂的干涉仪容易受到外界环境的干扰，如机箱温度、风扇、外界噪声、振动等影响，造成信号解调的底噪声很大，从而影响系统的信噪比。另外，现有大部分振动传感系统对频率响应的带宽较窄，对低频响应难度大。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种弱光栅阵列分布式振动传感系统及方法。

一方面，本发明提供了一种弱光栅阵列分布式振动传感系统，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。

进一步地，所述弱光栅阵列分布式振动传感系统还包括数据采集与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。

进一步地，所述弱光栅阵列分布式振动传感系统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。

进一步地，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。

进一步地，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；