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一種針對微弱信號檢測的光纖干涉方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種針對微弱信號檢測的光纖干涉方法及系統(tǒng)。本發(fā)明通過在干涉系統(tǒng)中引入相位調(diào)制器，在被測微弱信號帶寬以外的某一頻率引入大幅度的相位調(diào)制信號，間接使微弱信號達(dá)到發(fā)明裝置的滿幅，從而滿足了基于耦合器的相位解調(diào)算法中必須使用滿幅信號進(jìn)行直流補(bǔ)償和歸一化的要求。同時，本發(fā)明提出一種精確計算耦合器初始相位的算法，避免了耦合器不對稱造成初始相位不確定的問題，實現(xiàn)對相位信號的準(zhǔn)確解調(diào)。本發(fā)明大大提高了光纖分布式干涉系統(tǒng)的普適性；可廣泛應(yīng)用于電力傳輸線，天然氣管道和石油管道的安全監(jiān)測領(lǐng)域；也可以應(yīng)用于大型建筑物例如水壩，隧道，礦井等的安全監(jiān)測。
【專利說明】—種針對微弱信號檢測的光纖干涉方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種針對微弱信號檢測的光纖干涉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的安全是社會穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一個基本要求。當(dāng)前，我國對于油氣管道，電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測主要依據(jù)設(shè)施自身的一些生產(chǎn)參數(shù)(壓力突降，中間站油罐液位的不正常變化)和人工巡視，路人的報告等手段。這些手段技術(shù)含量低，普遍存在效率低，實時性差，反應(yīng)時間長，抗干擾能力差等缺陷，常常是監(jiān)測設(shè)施遭到破壞后才能報警，實用性受自然和人為雙重因素的制約。這種“亡羊補(bǔ)牢式”的事后檢測技術(shù)，只可能減少而不能避免損失。特別是受電磁干擾的影響，對長距離管線的監(jiān)測，不可能實施可靠電的方式進(jìn)行傳感監(jiān)測。因此，光纖傳感技術(shù)將成為進(jìn)行電力，油氣管道等行業(yè)的安全監(jiān)測的主要技術(shù)手段。
[0003]對于干涉型光纖傳感器，其基本的傳感機(jī)理是，在待測場能量的作用下，使光纖中傳播的光波發(fā)生相位變化，再以干涉測量技術(shù)把相位變化轉(zhuǎn)換為振幅變化，實現(xiàn)待測物理量的測量。正由于采用了干涉技術(shù)，在實際應(yīng)用中，必須首先采用適當(dāng)?shù)男盘柼幚砑夹g(shù)將外界擾動引起的相位差信號從干涉信號中提取出來。目前，應(yīng)用較多的是基于3X3耦合器相位調(diào)制和解調(diào)技術(shù)進(jìn)行的相位檢測方法。
[0004]圖1是一種基于3X3 f禹合器相位調(diào)制和解調(diào)的分布式光纖傳感系統(tǒng)。圖1中，干涉光源，光纖干涉組件，反饋裝置，探測器及信號處理單元構(gòu)成該光纖傳感系統(tǒng)。光纖干涉組件由第一光纖分路器，光纖延遲線，第二光纖分路器連接組成。其中，第一光纖分路器是一個3X3光纖稱合器,光從光纖干涉組件的3X3稱合器的一端口輸入,亦從干涉組件的3 X 3耦合器的其他端口和輸出，并最終進(jìn)入探測器及信號處理單元。
[0005]圖2為另一種采用3X3耦合器進(jìn)行相位調(diào)制和解調(diào)的基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖分布式監(jiān)測定位干涉系統(tǒng)。其采用波分復(fù)用的技術(shù)，使得如圖1所示的兩個不同波長的干涉系統(tǒng)可以復(fù)用光源，光纖干涉組件和傳感光纖。通過基于3X3耦合器的信號解調(diào)算法，使同一擾動獲得兩個不同的相位差信號。圖2中，干涉系統(tǒng)由干涉光源，光纖干涉組件，感應(yīng)光纖，反饋裝置，探測器及信號處理單元構(gòu)成。光纖干涉組件由第一光纖分路器，光纖延遲線和第二光纖分路器連接組成。其中，第一光纖分路器是一個3X3光纖耦合器。第二光纖分路器是一 2 X 2光纖耦合器，反饋裝置由第一波分復(fù)用器，第一光纖，第一反射裝置，第二光纖和第二反射裝置構(gòu)成。其中第一波分復(fù)用器為一波分復(fù)用器。因此，光纖干涉組件和感應(yīng)光纖，第一波分復(fù)用器，第一光纖和第一反射裝置共同形成光波λ I的干涉光路；光纖干涉組件和感應(yīng)光纖，第一波分復(fù)用器，第二光纖和第二反饋裝置共同形成光波λ2的干涉光路。光從光纖干涉組件的3X3稱合器的一端口輸入,亦從干涉組件的3X3稱合器的其它端口輸出，分別進(jìn)入第二波分復(fù)用器和第三波分復(fù)用器，并最終進(jìn)入探測器及信號處理單元。[0006]對于圖1或圖2所示干涉系統(tǒng)，通過基于3X3耦合器的相位調(diào)制和解調(diào)的方法，可以將相位信號從干涉信號中恢復(fù)出來，從而獲得外界擾動信息。在相位解調(diào)的過程中，直流補(bǔ)償和歸一化過程均需要滿足外界擾動信號達(dá)到干涉儀的滿幅的要求。對于無法滿足該要求的微弱信號，就無法對其進(jìn)行準(zhǔn)確的相位解調(diào)，從而導(dǎo)致擾動位置的錯誤判斷，使系統(tǒng)的測量能力受到了限制。同時，考慮到3X3耦合器無法滿足對稱結(jié)構(gòu)，SP
【權(quán)利要求】
1.一種針對微弱信號檢測的光纖干涉方法，其特征在于:采用改進(jìn)的基于3X3耦合器的相位還原算法，獲得外界擾動引起的相位差信號，具體步驟如下: (O在干涉系統(tǒng)中引入相位調(diào)制器，并在該相位調(diào)制器上加載大幅度的相位信號Φ cos (ω t)，使干涉信號達(dá)到干涉系統(tǒng)的滿幅； (2)當(dāng)監(jiān)控線路D處有微弱信號擾動時，在光接收端產(chǎn)生的具有一定相位差的干涉信號，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及直流濾除后，探測器及信號處理單元探測到的干涉信號的交流分量分別為:
2.一種基于權(quán)利要求1所述方法的針對微弱信號檢測的光纖干涉系統(tǒng)，其特征在于:其包括干涉光源、光纖干涉組件、相位調(diào)制器、反饋裝置和探測器及信號處理單元；所述光纖干涉組件由第一光纖分路器、光纖延遲線和第二光纖分路器連接組成，所述第一光纖分路器是3 X 3光纖耦合器，第二光纖分路器是2 X 2光纖耦合器；其中:當(dāng)所述反饋裝置由反射裝置單獨構(gòu)成時，在所述光纖干涉組件和反饋裝置之間的感應(yīng)光纖上串接相位調(diào)制器；當(dāng)所述反饋裝置由一波分復(fù)用器通過第一光纖和第二光纖分別連接兩個反射裝置而構(gòu)成時，在所述光纖干涉組件和反饋裝置之間的感應(yīng)光纖上串接相位調(diào)制器，或者在第一光纖和第二光纖上分別串接相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器上所加載的相位信號達(dá)到干涉系統(tǒng)的滿幅，實現(xiàn)對相位信號的準(zhǔn)確解`調(diào)。
【文檔編號】G01D5/26GK103674080SQ201310698568
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】賈波, 肖倩, 吳媛, 卞龐 申請人:復(fù)旦大學(xué)