[发明专利]基于相位解调的分布式光纤扰动信号模拟设备及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于相位解调的分布式光纤扰动信号模拟设备及使用方法，其特征在于，包括依次连接的窄线宽激光器、1×2光纤耦合器、声光调制器AOM、掺铒光纤放大器EDFA、光纤环行器CIR、第一波分复用器WDM‑1、N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT、第二波分复用器WDM‑2、光纤隔离器ISO，还包括依次连接的稳偏器、分光比为50:50的2×2光纤耦合器、平衡探测器和解调模块。这种装置采用分布式光纤声波传感技术检测和解调和模拟输出传感光缆上振动信号的空间分布、振动波形和幅度的多维信号，能实现分布式光纤振动传感器模式识别训练更好的数据源覆盖性。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术，尤其是用于分布式光纤振动传感器入侵信号模式识别训练的辅助设备，具体是一种基于相位解调的分布式光纤扰动信号模拟设备及使用方法。

背景技术

分布式光纤振动传感器设备可用于光纤围栏、光缆物理安全监控等领域，可极大降低安全巡查的难度。光纤围栏设备一般采用缠绕光纤的压电陶瓷进行实验室扰动信号模拟和量化检测，在进行单点扰动信号测试中较为有效；然而，实际的扰动信号是以某个中心点为扰动峰值、向光纤两端延伸逐渐衰减的，当光纤围栏设备要进行非接触振动信号空间定位、需要解调和识别沿光纤轴向的扰动信号振幅时，采用单点压电陶瓷无法模拟出沿光纤轴向的扰动信号空间变化趋势，因此单点的压电陶瓷进行实验室扰动信号模拟和量化检测中存在一定局限性。

发明内容

本发明的目的是针对光纤围栏现有模式识别训练条件保障技术的不足，而提供基于相位解调的分布式光纤扰动信号模拟设备及使用方法。这种设备能实现将外场传感光缆上的入侵信号在时域、频域、空域上的保真复制，这种设备接入待测传感光缆的任意位置能模拟输出入侵信号用于模式识别训练，这种方法操作简单、实用性好。

实现本发明目的的技术方案是：

基于相位解调的分布式光纤扰动信号模拟设备，包括依次连接的窄线宽激光器、1×2光纤耦合器、声光调制器AOM、掺铒光纤放大器EDFA、光纤环行器CIR、第一波分复用器WDM-1、N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT、第二波分复用器WDM-2、光纤隔离器ISO，还包括依次连接的稳偏器、分光比为50:50的2×2光纤耦合器、平衡探测器和解调模块，所述1×2光纤耦合器依次连接稳偏器、分光比为50:50的2×2光纤耦合器和光纤环行器CIR共同构成马赫曾德尔光纤干涉仪，N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT与解调模块连接，解调模块外接计算机终端，其中，窄线宽激光器输出高相干的激光接入马赫曾德尔光纤干涉仪的1×2光纤耦合器将激光分成两束，一束作为测量激光首先经声光调制器AOM移频和调制成脉冲激光、然后经掺铒光纤放大器EDFA进行光功率放大、再经光纤环行器CIR输出、经长度为L1米的光纤A至第一波分复用器WDM-1的透射端口，第一波分复用器WDM-1的反射端与第一光接口X1连接，第一波分复用器WDM-1的公共端与第二光接口X2连接，第二光接口X2采用外置传感光缆或光纤跳线连接第三光接口X3，第三光接口X3与N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT的光输入端连接，N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT的光输出端与第二波分复用器WDM-2的公共端连接，第二波分复用器WDM-2的反射端连接第四光接口X4，第二波分复用器WDM-2的透射端采用长度为L2米的光纤B连接光纤隔离器ISO；从光纤环行器CIR第二端口至光纤隔离器ISO的光纤后向瑞利散射信号沿原激光脉冲传输光路反向传输进入光纤环行器CIR第二端口、由光纤环行器CIR第三端口输出进入2×2光纤耦合器的输入端口2、与1×2光纤耦合器输出的另一束经稳偏器输出、成为圆偏振光的、接入2×2光纤耦合器的输入端口1的本振激光相干；2×2光纤耦合器的输出端口3和输出端口4输出两路相干信号，接入平衡探测器，并将光电转换信号输出至解调模块，解调模块输出端与N个串联成一体的缠绕光纤压电陶瓷PZT电接口连接，经解调模块输出N个独立的电压控制信号进入各个缠绕光纤的压电陶瓷PZT；L1、L2的长度大于分布式光纤扰动信号模拟设备的测量盲区光纤长度，光纤A长度L1、光纤B长度L2与第一波分复用器WDM-1至第二波分复用器WDM-2之间光纤长度之和小于分布式光纤扰动信号模拟设备脉冲重频对应的双向延时光纤长度。