[发明专利]一种利用马赫曾德干涉仪滤波特性的分布式光纤传感系统

说明书

本发明公开了一种利用马赫曾德干涉仪滤波特性的分布式光纤传感系统，包括依次连接的激光器甲、耦合器甲、传感光纤、耦合器乙、激光器乙，所述耦合器甲和耦合器乙的输出光从两个相反方向输入马赫曾德干涉仪，所述马赫曾德干涉仪的两个输出分别通过光电探测器甲、光电探测器乙转成电信号，进入数据采集与处理单元。所述马赫曾德干涉仪由两个2×2耦合器和延迟光纤组成。通过所述马赫曾德干涉仪的滤波特性，将所述传感光纤中光的相位调制转换为强度调制。所述数据采集与处理单元用于采集并处理系统输出的两路信号，确定是否有扰动发生以及扰动的位置。本发明系统结构简单，灵敏度可调，稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感系统，特别是一种利用马赫曾德干涉仪滤波特性的分布式光纤传感系统，属于光纤传感领域。

背景技术

随着国民经济的快速发展及全球基础设施的大规模建设，对于大型建筑物、工业设备的质量监控及周界安全警戒的需求与日俱增。分布式光纤传感系统以光纤作为传感单元以及传输介质，可以实现在连续长距离情况下对外界振动信号的监测，具有结构简单、频带响应宽、测量范围广、精度高等优点，可以长期工作在高温高湿、易燃易爆以及强电磁场干扰等条件恶劣的环境中，在轨道交通监控、航空航天探测、矿井安全监测、供电网络传输安全检测、建筑结构测量以及周界入侵警戒等领域具有广泛的应用。

目前，分布式光纤传感系统按照工作原理的差异主要分为利用光纤散射效应和光纤干涉仪结构的两大类型。基于光时域反射仪(OTDR)的分布式光纤传感系统是对瑞利后向散射光的直接检测，由于瑞利散射光强度微弱，该系统的定位精度不高。在此基础上发展出了对相位和偏振态敏感的和P-OTDR系统，该类系统的定位精度相对较高，但是实时性较差。基于光纤干涉仪的分布式光纤传感系统主要有四种类型的光纤干涉仪：法布里珀罗(Fabry-Perot)、迈克尔逊(Michelson)、萨尼亚克(Sagnac)、马赫曾德(Mach-Zehnder)，以及它们之间的相互组合形式。虽然基于干涉仪结构的分布式光纤传感系统对外界扰动的检测灵敏度极高，但是法布里珀罗干涉型系统由于其结构的局限不能实现全分布式检测，迈克尔逊干涉型系统中的反射装置会引起噪声，使得相位易受影响，造成无法精确定位的问题，而萨尼亚克干涉型系统易受环境噪声的影响，且定位功能需要复杂的信号解调算法。马赫曾德干涉型系统无需解调，定位方法简单，但由于使用双臂结构造成系统易受环境影响，需要对其中一个干涉臂进行隔离保护。

针对马赫曾德干涉型分布式光纤传感系统的不足，本发明把传感光纤移至干涉仪的外部，并利用马赫曾德干涉仪的滤波特性，实现传感光纤中光的相位调制到强度调制的转变，从而无需再对马赫曾德干涉仪的干涉臂进行隔离保护，简化了系统的铺设，也提高了系统的工作稳定性。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提供一种利用马赫曾德干涉仪滤波特性的分布式光纤传感系统。该系统不受外界环境干扰，稳定性好，可调节系统灵敏度，实时性好。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用马赫曾德干涉仪滤波特性的分布式光纤传感系统，包括依次连接的激光器甲、耦合器甲、传感光纤、耦合器乙、激光器乙，所述耦合器甲和耦合器乙的输出从两个相反方向输入一个马赫曾德干涉仪，所述马赫曾德干涉仪的两个输出分别通过一个光电探测器甲、一个光电探测器乙而将光信号转成电信号，进入一个数据采集与处理单元；通过所述马赫曾德干涉仪的滤波特性，将传感光纤中光的相位调制转换为强度调制；所述数据采集与处理单元用于采集并处理两个光电探测器甲乙输出的两路信号波形，确定是否有扰动发生以及扰动的位置。

优选地，所述的马赫曾德干涉仪由两个2×2耦合器甲乙和一个延迟光纤组成，所述的两个2×2耦合器甲乙的耦合比均为50:50，所述的延迟光纤的作用在于构造非对称马赫曾德干涉仪，调整其长度以调整干涉仪的臂长差与滤波特性。

优选地，所述的激光器甲和激光器乙都是相干性好的窄带激光器，两者的中心波长可不一致，但都要处在马赫曾德干涉仪滤波特性的线性区。