專利名稱：一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光電傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳 感器。
背景技術(shù)：
光纖分布式傳感器能測量整個(gè)光纖長度上隨時(shí)間變化的振動(dòng)信息，它具有靈敏度 高、檢測距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、安裝后易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在長距離光纜保護(hù)，輸油管 道監(jiān)測和其它結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域的具有重要意義。目前，根據(jù)工作原理的區(qū)別，光纖分布式傳感器可以分為雙干涉儀型、光時(shí)域反射 計(jì)型，強(qiáng)度調(diào)制型以及散射型等四種。其中，雙干涉儀型光纖分布式傳感器具有實(shí)現(xiàn)原理簡 單、靈敏度高、器件成本低、適于長距離傳感用等優(yōu)良特性，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的光纖 分布式振動(dòng)傳感器。雙干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳感器采用雙干涉儀結(jié)構(gòu)，較為典型的有基于雙馬赫 澤德干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳感器和薩格奈克_馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳 感器。


圖1所示為現(xiàn)有的雙馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳感器的光路原理圖，該 傳感器包括光源10、第一耦合器11、第二耦合器12、第三耦合器13、第四耦合器14、第一 光電探測器15、第二光電探測器16以及分別連接于第二耦合器12和第三耦合器13的兩個(gè) 耦合臂之間的傳感臂17和參考臂18，此外，第三耦合器13的一個(gè)耦合臂和第四耦合器14 的一個(gè)耦合臂通過傳感光纖19相連接。光源10發(fā)出的光經(jīng)第一耦合器11分光后，第一耦 合器11的耦合臂101和耦合臂102分別輸出第一光束和第二光束。所述第一光束經(jīng)過第 二耦合器12分為兩束光后分別注入傳感臂17和參考臂18，最后傳感臂17和參考臂18的 輸出光在第三耦合器13處發(fā)生干涉得到第一干涉光；所述第一干涉光依次通過傳感光纖 19和第四耦合器14后由第一光電探測器15接收，構(gòu)成了第一個(gè)干涉儀。所述第一耦合器 11輸出的第二光束依次經(jīng)過第四耦合器14和傳感光纖19傳輸后注入第三耦合器13，第三 耦合器13將所述第二光束分光后使其分別經(jīng)傳感臂17和參考臂18傳輸后在第二耦合器 12處發(fā)生干涉得到第二干涉光，最后第二干涉光由第二光電探測器16接收，構(gòu)成了第二個(gè) 干涉儀。
圖1所示光路中的傳感臂17、參考臂18和傳感光纖19采用相同的單模光纖。若 有振動(dòng)信號(hào)q>(t)施加在傳感臂17上，可將cp(t)看做一相位調(diào)制信號(hào)，則圖ι所示傳感器中的 兩個(gè)干涉儀會(huì)受到相同信號(hào)(p(t)的相位調(diào)制，但由于兩個(gè)干涉儀中相位調(diào)制信號(hào)φ( )的作 用位置距離光電探測器的光纖長度有所差別，因此該調(diào)制信號(hào)到達(dá)兩個(gè)光電探測器的時(shí)間 不同。如
圖1所示，假設(shè)振動(dòng)發(fā)生在傳感臂17上距離第二耦合器12為X的位置處，傳感臂 17長為La，傳感光纖19長為Lc，則第一個(gè)干涉儀中的調(diào)制信號(hào)φ( )到達(dá)第一光電探測器15 走過的光程為La-x+Lc，第二個(gè)干涉儀中的調(diào)制信號(hào)cp(t)到達(dá)第二光電探測器16走過的光 程為X，調(diào)制信號(hào)φ(0在第一個(gè)干涉儀中到達(dá)第一光電探測器15的時(shí)間為、，調(diào)制信號(hào)(p(t)
6在第二個(gè)干涉儀中到達(dá)第二光電探測器16的時(shí)間為t2，則調(diào)制信號(hào)φ( )在兩個(gè)干涉儀中達(dá) 到光電探測器的時(shí)間差為
權(quán)利要求1 .一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，包括信號(hào)調(diào)制模塊，設(shè)置于所述精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器的光路中，用于對所述 精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器中的光路信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制；信號(hào)解調(diào)模塊，設(shè)置于所述精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器的輸出端，用于對所述 精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器輸出端的光路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括光源，所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端與所述光源的輸入端 連接，所述信號(hào)調(diào)制模塊對所述光源的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。
3.如權(quán)利要求2所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、偏 振控制器、傳感臂、參考臂、傳感光纖、第一信號(hào)檢測模塊和第二信號(hào)檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個(gè)耦合臂； 所述光源的輸出端與所述偏振控制器的輸入端連接；所述光源將經(jīng)所述信號(hào)調(diào)制模塊 相位調(diào)制后的光信號(hào)輸入所述偏振控制器；所述偏振控制器的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接；所述偏振控制器控制 所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的偏振態(tài)，使所述傳感臂和參考臂中同向傳 輸?shù)膬墒庑盘?hào)均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的方位 角的夾角為零；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號(hào)檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三、第四耦合臂分別通過所述傳感臂、參考臂與所述第三耦合器的第一、第二耦合臂 相連；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號(hào)檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊的輸出端均與所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端 電連接。
4.如權(quán)利要求2所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、傳 感臂、參考臂、傳感光纖、第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊和兩個(gè)偏振控制器；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個(gè)耦合臂； 所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端與所述光源連接，所述光源將經(jīng)所述信號(hào)調(diào)制模塊相位調(diào) 制后的光輸入所述第一耦合器的第一耦合臂；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號(hào)檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三、第四耦合臂分別通過一個(gè)所述偏振控制器與所述傳感臂、參考臂的一端連接；所 述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述參考臂的另一端與所述第三 耦合器的第二耦合臂相連；所述偏振控制器控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的偏振態(tài)，使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)均為線偏振光且使所述傳 感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的方位角的夾角為零；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號(hào)檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊的輸出端均與所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端 電連接。
5.如權(quán)利要求1所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括傳感臂，所述信號(hào)調(diào)制模塊與所述傳感臂串聯(lián)，所述信 號(hào)調(diào)制模塊用于對經(jīng)過所述傳感臂的光信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。
6.如權(quán)利要求5所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合 器、參考臂、傳感光纖、第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊和兩個(gè)偏振控制器；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個(gè)耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合 臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器 的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號(hào)檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂與所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸入端連接，所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端與所述傳 感臂的一端之間串聯(lián)有一個(gè)所述偏振控制器，所述傳感臂的另一端與所述第三耦合器的第 一耦合臂相連；所述第二耦合器的第四耦合臂通過一個(gè)所述偏振控制器與所述參考臂的一 端連接，所述參考臂的另一端與所述第三耦合器的第二耦合臂連接；所述偏振控制器控制 所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的偏振態(tài)，使所述傳感臂和參考臂中同向傳 輸?shù)膬墒庑盘?hào)均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的方位 角的夾角為零；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號(hào)檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊的輸出端均與所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端 電連接。
7.如權(quán)利要求5所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合 器、參考臂、傳感光纖、第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊和兩個(gè)偏振控制器；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個(gè)耦合臂；所述光源的輸出端與所述第一耦合器的第一耦合臂連接；所述第一耦合器的第二耦合 臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器的第三耦合臂與所述第四耦合器 的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號(hào)檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂通過一個(gè)所述偏振控制器與所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸入端連接，所述信號(hào)調(diào) 制模塊的輸出端通過所述傳感臂與所述第三耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的 第四耦合臂通過一個(gè)所述偏振控制器與所述參考臂的一端連接，所述參考臂的另一端與所述第三耦合器的第二耦合臂相連；所述偏振控制器控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)?兩束光信號(hào)的偏振態(tài)，使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)均為線偏振光且使 所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的方位角的夾角為零；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號(hào)檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊的輸出端均與所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端 電連接。
8.如權(quán)利要求5所述的精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述精確定 位型光纖分布式振動(dòng)傳感器還包括光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合 器、參考臂、傳感光纖、偏振控制器、第一信號(hào)檢測模塊和第二信號(hào)檢測模塊；所述第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器均具有至少四個(gè)耦合臂； 所述光源的輸出端通過所述偏振控制器連接至所述第一耦合器的第一耦合臂；所述偏 振控制器控制所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)的偏振態(tài)，使所述傳感臂和參 考臂中同向傳輸?shù)膬墒庑盘?hào)均為線偏振光且使所述傳感臂和參考臂中同向傳輸?shù)膬墒?光信號(hào)的方位角的夾角為零；所述第一耦合器的第二耦合臂與所述第二耦合器的第一耦合臂相連，所述第一耦合器 的第三耦合臂與所述第四耦合器的第一耦合臂相連；所述第二耦合器的第二耦合臂與所述第二信號(hào)檢測模塊的輸入端相連，所述第二耦合 器的第三耦合臂與所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸入端連接，所述信號(hào)調(diào)制模塊的輸出端通過所述 傳感臂連接至所述第三耦合器的第一耦合臂；所述第二耦合器的第四耦合臂通過所述參考 臂連接至所述第三耦合器的第二耦合臂；所述第三耦合器的第三耦合臂通過所述傳感光纖與所述第四耦合器的第二耦合臂相 連；所述第四耦合器的第三耦合臂與所述第一信號(hào)檢測模塊的輸入端相連；所述第一信號(hào)檢測模塊、第二信號(hào)檢測模塊的輸出端均與所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端 電連接。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特 征在于，所述信號(hào)解調(diào)模塊包括第一混頻器、第二混頻器、第一低通濾波器、第二低通濾 波器、第一微分電路、第二微分電路、第一乘積器、第二乘積器、加法器、積分器和高通濾波 器；所述第一混頻器的輸入端為所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端，所述第一混頻器的輸出端與 所述第一低通濾波器的輸入端連接，所述第一低通濾波器的輸出端與所述第一微分電路以 及所述第二乘積器的一個(gè)輸入端連接；所述第一微分電路的輸出端與所述第一乘積器的一 個(gè)輸入端連接，所述第一乘積器的輸出端與所述加法器的一個(gè)輸入端連接；所述第一混頻 器用于使所述信號(hào)解調(diào)模塊的每個(gè)輸入信號(hào)與第一混頻信號(hào)混頻；所述第二混頻器的輸入端與所述第一混頻器的輸入端相同，所述第二混頻器的輸出端 與所述第二低通濾波器的輸入端連接，所述第二低通濾波器的輸出端與所述第二微分電路 以及所述第一乘積器的另一個(gè)輸入端連接；所述第二微分電路的輸出端與所述第二乘積器 的另一個(gè)輸入端連接，所述第二乘積器的輸出端與所述加法器的另一個(gè)輸入端連接；所述 第二混頻器用于使所述信號(hào)解調(diào)模塊的每個(gè)輸入信號(hào)與第二混頻信號(hào)混頻；所述加法器的輸出端與所述積分器的輸入端連接，所述積分器的輸出端與所述高通濾 波器的輸入端連接；所述高通濾波器的輸出端為所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸出端；所述第一混頻信號(hào)的頻率等于所述信號(hào)調(diào)制模塊中使用的調(diào)制信號(hào)頻率，所述第一混 頻信號(hào)的幅值為所述信號(hào)調(diào)制模塊中使用的調(diào)制信號(hào)幅值的第一預(yù)定倍數(shù)；所述第二混頻信號(hào)的頻率等于所述信號(hào)調(diào)制模塊中所使用的調(diào)制信號(hào)頻率的二倍，所 述第二混頻信號(hào)的幅值為所述信號(hào)調(diào)制模塊中所使用的調(diào)制信號(hào)幅值的第二預(yù)定倍數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第 一、第二信號(hào)檢測模塊均包括光電探測器、前置放大器、濾波器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器；所述光電探測器的輸入端為其所對應(yīng)的信號(hào)檢測模塊的輸入端；所述光電探測器的輸 出端與所述前置放大器的輸入端連接，所述前置放大器的輸出端與所述濾波器的輸入端連 接，所述濾波器的輸出端與所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出端與 所述信號(hào)解調(diào)模塊的輸入端電連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種精確定位型光纖分布式振動(dòng)傳感器，該傳感器在現(xiàn)有的雙馬赫澤德干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳感器中添加信號(hào)調(diào)制模塊以對傳感器中的光路信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制；同時(shí)，本實(shí)用新型提供的傳感器輸出端還設(shè)置有一個(gè)信號(hào)解調(diào)模塊，用于該傳感器最終輸出的干涉信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以獲取真實(shí)振動(dòng)信號(hào)。本實(shí)用新型提供的這種傳感器能夠有效解決現(xiàn)有的干涉儀型光纖分布式振動(dòng)傳感器由于干涉儀長距離工作而帶來的非互易性相位偏差問題，可靠性和精確性高，成本低且易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G02B6/42GK201788017SQ20102023675
公開日2011年4月6日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者林明霞 申請人:北京奧普科達(dá)科技有限公司