[发明专利]避免偏振衰落的分布式光纤瑞利散射振动传感系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤瑞利散射振动传感系统技术领域，尤其涉及一种避免偏振衰落的分布式光纤振动传感器的相干解调系统和方法。

背景技术

分布式光纤振动传感器是近几十年来发展的一种用于实时测量空间振动信息分布的光纤传感系统。经过几十年的发展，该技术比较成熟的。该技术通常采用相干接收来提高灵敏度。采用相干探测的方式，就不可避免会带来偏振衰落噪声的影响。光在光纤中传播，由于光纤受到外界环境的作用和自身不均匀性的影响，使得光的偏振态发生连续地随机改变。这样就使得返回的瑞利散射光信号与本振光出现偏振态不匹配的情况，从而严重的削弱两束光相干后得到的信号强度，降低系统的信噪比，严重影响系统的检测性能。解决偏振态不匹配的通常做法是在系统中加入高速扰偏器。经过扰偏器的作用使得参考光路的光以很高的速度进行遍历，这样在与传感光路中返回的瑞利散射光相干时，总能保证一部分光的偏振态是匹配的。两束光偏振态完成平行时，信号最强。但是总有一定概率两束光的偏振态在垂直附近，那么信号会很弱。

若采用扰偏器的方法，只考虑了光的一个偏振态，只能减少偏振衰落的概率，但是不能避免。

发明内容

针对现有分布式光纤瑞利散射振动偏振衰落传感技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种避免偏振衰落的分布式光纤瑞利散射振动传感系统和方法，其目的在于避免偏振衰落问题，减小误报率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种避免偏振衰落的混频方法，包括以下步骤：

两路输入光各自分成X、Y方向的正交偏振光，第一路输入光分成第一X偏振光、第一Y偏振光；第二路输入光分成第二X偏振光、第二Y偏振光；

将第一X偏振光均分成两束光；第二X偏振光也均分成两束光；四路光两两配对，其中一对不做处理直接混频输出第一差分信号；另一对的一束光经过相位调制产生90°相位差，再经混频输出第二差分信号；

第一差分信号和第二差分信号均各自通过光电转换输出Ix电信号和Qx电信号；

同理，第一Y偏振光和第二偏振光经过上述与X偏振光相同的处理后，输出Iy电信号和Qy电信号。

本发明还提供了一种避免偏振衰落的QPSK相干接收机，包括：

顺次连接的第一偏振分束器、第一分光器、第一混频器和第一平衡接收器；一路输入光经第一偏振分束器分成第一X偏振光、第一Y偏振光，两束光为X、Y方向的正交偏振光，第一X偏振光经第一分光器均分成两束光；

顺次连接的第二偏振分束器、第二分光器、第一相位调制器、第二混频器和第二平衡接收器；第二分光器的输出端与第一混频器的一个输入端连接；第二混频器的一个输入端与第一分光器的输出端连接；另一路输入光经第二偏振分束器分成第二X偏振光、第二Y偏振光，两束光为X、Y方向的正交偏振光，第二X偏振光经第二分光器均分成两束光，其中一束光与第一分光器输出的一束光不做处理直接进入第一混频器，经第一混频器混频后输出第一差分信号；第二分光器输出的另一束光经第一相位调制器调整产生90°相位差后再与第一分光器输出的另一束光进入第二混频器，经第二混频器混频后输出第二差分信号；第一差分信号通过第一平衡接收器光电转换后输出Ix电信号，第二差分信号通过第二平衡接收器光电转换后输出Qx电信号；

该QPSK相干接收机还包括顺次连接的第三分光器、第三混频器和第三平衡接收器，其中第三分光器与输入端与第一偏振分束器连接；

该QPSK相干接收机还包括顺次连接的第四分光器、第二相位调制器、第四混频器和第四平衡接收器，其中第三分光器与输入端与第一偏振分束器连接；所述第四分光器的一个输出端与第三混频器的一个输入端连接，所述第四混频器的一个输入端与第三分光器的一个输出端连接；

第一Y偏振光经第三分光器均分成两束光；第二Y偏振光经第四分光器均分成两束光，其中一束光与第三分光器输出的一束光不做处理直接进入第三混频器，经第三混频器混频后输出第三差分信号；第四分光器输出的另一束光经第二相位调制器调整产生90°相位差后再与第三分光器输出的另一束光进入第四混频器，经第四混频器混频后输出第四差分信号；第三差分信号通过第三平衡接收器光电转换后输出Iy电信号，第四差分信号通过第四平衡接收器光电转换后输出Qy电信号。

本发明还提供了一种基于上述避免偏振衰落的分布式光纤瑞利散射振动传感系统，包括：

激光器、耦合器、声光调制器、第一掺饵光纤放大器、第一滤波器、环形器、第二掺饵光纤放大器、第二滤波器、QPSK相干接收机、数据采集卡、解调算法单元和同步脉冲板以及传感光缆；