[发明专利]基于光纤弱反射点阵Fizeau干涉分布式振动传感系统及方法

说明书

本发明公开了一种弱反射点阵Fizeau干涉阵列分布式振动传感系统及方法，其中系统包括光脉冲发生器、两个光纤耦合器、延时器、光环形器和光纤Fizeau干涉阵列，该系统还包括耦合器、两个光电探测器、数据采集与控制卡；光脉冲发生器产生的光脉冲经第一光纤耦合器分成两个光脉冲，第二光脉冲经过延时器延时后，与第一光脉冲耦合成脉冲对，脉冲对通过光环形器进入光纤Fizeau干涉阵列并经其反射产生多个反射脉冲对，再回到光环形器；由相邻两个光纤弱反射点反射产生的两个反射脉冲对中，前一个反射脉冲对中的后一个脉冲作为参考光，后一个反射脉冲对中的前一个脉冲作为信号光，两者在耦合器处发生干涉，产生干涉信号；干涉信号经两个光电探测器输出给数据采集与控制卡进行解调。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种基于光纤弱反射点阵光纤Fizeau干涉阵列分布式振动传感系统及方法。

背景技术

分布式光纤振动传感是以光纤为传感元件和传输介质，实现对传感链路周边振动信号进行探测的技术，其不但具有简单光纤传感技术灵敏度高、耐高温、抗腐蚀和抗电磁干扰等优点特性，而且更能体现光纤分布延伸的优势，传感链路中任一点都能受到振动信号的调制，从而实现振动信号的无漏点检测，干涉型分布式光纤振动传感技术是基于光波干涉调制原理的振动传感技术，具有灵敏度高、动态范围大和响应频率高等突出优点，

Fizeau干涉中利用第一次反射光作为的参考光，第二次反射光作为信号光使用同一光纤臂，采用单光纤臂共路干涉时，参考光与信号光同在一个臂传输，外界环境变化不会产生额外的相位差，参考光和信号光受到外界扰动情况是相同的，两束光仅仅取决于固定相位差和被测振动量所产生的相位差，这种单光纤臂共路干涉的结构极大增强了系统的抗干扰能力，提高了信噪比。基于Fizeau干涉的传感结构由于其优点得到了更多专业人士的研究。

传统Fizeau干涉仪采用单腔传感头以及双腔式传感头，由于外界温度、压力等变化导致腔长发生变化，从而导致干涉光强发生变化。整个振动传感系统对传感头的制作有很高的要求，尤其是对于Fizeau反射端面材料的选择以保证参考光与信号光的光强接近，其传感灵敏度与制作水平也有很大的关系，所以制作工艺和造价较高。

发明内容

为降低对Fizeau腔反射端面的制作要求，并实现分布式振动传感，利用一种基于光纤弱反射点阵光纤Fizeau干涉阵列分布式振动传感系统实现分布式振动测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于光纤弱反射点阵Fizeau干涉阵列分布式振动传感系统，其特征在于，包括光脉冲发生器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、延时器、光环形器和光纤Fizeau干涉阵列，光脉冲发生器产生的光脉冲经第一光纤耦合器分成第一光脉冲和第二光脉冲，第二光脉冲经过延时器延时后，与第一光脉冲在第二光纤耦合器处耦合成脉冲对，脉冲对通过光环形器进入光纤Fizeau干涉阵列并经其反射产生多个反射脉冲对，多个反射脉冲对再回到光环形器；

该系统还包括耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集与控制卡；耦合器与光环形器连接，第一光电探测器、第二光电探测器均与数据采集与控制卡连接；由相邻两个光纤弱反射点反射产生的两个反射脉冲对中，前一个反射脉冲对中的后一个脉冲作为参考光，后一个反射脉冲对中的前一个脉冲作为信号光，两者在耦合器处发生干涉，产生干涉信号；干涉信号经第一光电探测器、第二光电探测器输出给数据采集与控制卡进行解调。

本发明所述的系统中，光纤Fizeau干涉阵列包括多对光纤弱反射点，每对光纤弱反射点之间连接有光纤。

本发明所述的系统中，光纤弱反射点为光纤布拉格光栅或者啁啾光栅，或者光纤反射点为由激光照射光纤造成的折射率突变点。

本发明所述的系统中，光脉冲发生器为脉冲激光器或者由激光光源与光调制器组成，光调制器为电光调制器或者声光调制器，或者光开关。