專利名稱：光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種埋地管道或構筑物或重要設施與區(qū)域的安全保護預警的光纖安全
預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)，涉及涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術 領域。
背景技術：
對于石油、天然氣、成品油、煤漿以及水等物質(zhì)來說，管道輸送是一種安全、 經(jīng)濟以及高效的運輸方式，在全球運輸行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在石油、 成品油和天然氣這些具有易燃易爆和交易價值極高的能源物質(zhì)運輸中占有極為重要的位 置，在我們國家，每年至少新建幾千公里的管道，可以說，管道是能源運輸?shù)拇髣用}。 管道輸送的石油、成品油和天然氣既有極高的交易價值也有易燃易爆這一特性，管道一 旦泄漏，泄漏區(qū)域極易發(fā)生燃燒爆炸，不僅影響管道行業(yè)的安全生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟 損失，而且也嚴重威脅著周邊沿線人民群眾的財產(chǎn)與生命安全。另外，管道泄露對周邊 生態(tài)環(huán)境造成的危害更是無法估量。 自從有了管道，也就有了來自外界的破壞。尤其是近些年來，油價上漲，在利 益的驅(qū)動下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盜油、盜氣；國家基礎建設大量上馬， 管道沿線施工工地隨處可見；此外，滑坡、泥石流等自然災害頻頻發(fā)生，這些都時刻威 脅著管道的生產(chǎn)安全，其中打孔盜油和非法施工成為威脅管道安全生產(chǎn)的首要因素。
據(jù)不完全統(tǒng)計，僅我國每年因外界破壞而造成的管道泄漏或爆炸上千余次，直 接經(jīng)濟損失達幾億元，環(huán)境破壞和社會影響等間接損失更是無法估量。為防止外界對管 道的破壞，管道運輸行業(yè)每年投入了大量的人力物力，但是仍然無法有效地預防和阻止 破壞。管道運輸行業(yè)的安全生產(chǎn)形式非常嚴峻，尋找確保管道運輸安全生產(chǎn)的手段和方 法已迫在眉睫。 隨著管道運輸行業(yè)的發(fā)展，各種管道運輸安全監(jiān)測技術也在不斷發(fā)展，目前已 有的管道安全生產(chǎn)監(jiān)測技術主要有兩類。其一 管道泄漏事件發(fā)生后的監(jiān)測技術，這種 技術主要有"管內(nèi)流體力學狀態(tài)檢測技術和分布式光纖溫度和應力監(jiān)測技術"。管內(nèi)流 體力學狀態(tài)檢測技術是實時采集管線中流體的流量、溫度和壓力等信號，進行管道泄漏 檢測和定位，這種技術受到管道內(nèi)的流體特性、輸送工藝以及測試儀器的性能等因素限 制，對管道泄漏監(jiān)測的靈敏度和定位精度較低，這類技術包括壓力梯度法、負壓力波 法、流量平衡法。分布式光纖溫度和應力監(jiān)測技術是利用光纖的非線性特性(拉曼效應 和布里淵效應)實時采集管道泄漏的介質(zhì)對光纖的溫度影響和沖擊應力來確定泄漏點的位 置，這種技術受到光纜的結構和光纜與泄漏點的距離限制而影響監(jiān)測效果。其二，管道 破壞事件發(fā)生前的預防監(jiān)測技術，也就是管道破壞預警技術，目前已有的該類技術主要 是"聲波技術監(jiān)測"，該技術是利用聲波沿管道傳輸原理，在每隔l公里左右安裝一個 有源傳感器，拾取管道沿線的聲音信號加以分析，確定事件性質(zhì)，進而對破壞管道的事 件提前發(fā)現(xiàn)，但是每一個傳感器件必須配備一套供電裝置和通信裝置，不僅增加設備的投資和維護成本，且這些設施本身也容易遭到破壞，使裝置不能正常運行。
針對現(xiàn)有的管道安全監(jiān)測技術存在的問題，澳大利亞有專利提出基于馬赫-曾德 (Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，用光纖傳感振動的技術方案。該發(fā)明對長距離的線目 標或大面積的面目標的安全預警是一突破，但不足的是該發(fā)明之光路系統(tǒng)不穩(wěn)定，存在 因相位衰落和偏振衰落引起的信號消隱，很難有效工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種埋地管道或構筑物或重要設施與區(qū)域的安全保護預警 穩(wěn)定、可靠、準確的光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)。 針對現(xiàn)有的安全監(jiān)測技術存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于采用相位衰落控 制和偏振衰落控制技術的雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀原理，消除了因相位衰 落和偏振衰落引起的信號消隱，形成了具有穩(wěn)定相位和穩(wěn)定偏振態(tài)的兩路同步干涉激光 調(diào)制信號在干涉儀上相對傳輸并在干涉儀雙端拾取的光路結構。利用與管道同溝敷設、 構筑物或重要設施與區(qū)域周圍地下的光纜中的普通通信光纖作為干涉儀的干涉臂和傳輸 光纖，進而形成連續(xù)分布式的土壤振動檢測傳感器，穩(wěn)定、可靠地拾取被監(jiān)測目標附近 沿線土壤的振動信號。當然再接定位系統(tǒng)，根據(jù)兩路激光信號的傳輸時間差值分析計算 出被監(jiān)測目標附近沿線的土壤振動事件的發(fā)生位置。再接信號識別系統(tǒng)就可確定引起土 壤振動事件的性質(zhì)和類別。這樣，管道控制中心人員可以及時指揮、調(diào)度維護搶修人員 快速及時準確地趕到事件發(fā)生地點，及時制止可能對管道安全造成危害的動土事件或場 站設施的入侵事件，實現(xiàn)對管道沿線與場站設施的無縫實時監(jiān)控，起到管道安全監(jiān)控預 警的作用，避免管道安全事故的發(fā)生。 本發(fā)明包括與管道同溝敷設或敷于構筑物周圍地下的三根光纖l、 2、 3及與合 分波器203、合分波器204組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀及激光器101 ，其特 征如圖1所示，是偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和合分波器203之間， 合分波器203后分別接三根光纖1、 2、 3至合分波器204，合分波器203、合分波器204與 光纖1、光纖2組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，同時合分波器203由兩根光 纖各接一光電檢測器309、光電檢測器310，該兩光電檢測器309、光電檢測器310輸出由 電信號線各接A/D312、 A/D313， A/D312、 A/D313輸出各接光電信號處理電路311，而 一光電信號處理電路311的輸出接偏振控制器201，并由偏振控制器201的輸出接至偏振 調(diào)制器202和串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206，另一信號處理分析電路311輸出接 相位控制器205，并由相位控制器205的輸出接至串聯(lián)在光纖2或1中的相位調(diào)制器206 ; 相位控制器205與光電信號處理電路311、相位調(diào)制器206組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使 得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值 穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；偏振控制器201、偏振調(diào)制器202與相位調(diào)制器206以及 光電信號處理電路311組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖 干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
本發(fā)明的電原理如圖2所示，偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和 合分波器203之間，合分波器203由兩根光纖接至一有兩路輸入輸出的光電信號處理電路 309-1的兩光輸入口，光電信號處理電路309-l的兩電輸出口各接偏振控制主機201-l和相
4位控制主機205-1的I/O 口 ，偏振控制主機201-1輸出口接偏振控制器201-2的輸入口 ，偏 振控制器201-2的輸出口一路接偏振調(diào)制器202的輸入口，另一路接相位調(diào)制器206的輸 入口，相位控制主機205-1的輸出口接相位控制器205-2的輸入口，相位控制器205-2的 輸出口接另一相位調(diào)制器206的輸入口。在電原理圖中，由一個光電信號處理電路309-1 完成了兩路光電檢測器309、光電檢測器310、 A/D312、 A/D313、光電信號處理電路311 的功能，由偏振控制主機201-1和偏振控制器201-2完成偏振控制器201的功能，由相位 控制主機205-1和相位控制器205-2完成相位控制器205的功能。
其中所述激光器101為連續(xù)單色激光器。 所述光電檢測器309、光電檢測器310、光電信號處理電路309-1、光電信號處理 電路311、偏振控制器201、偏振控制主機201-1、偏振控制器201-2、偏振調(diào)制器202、 相位控制器205、相位控制主機205-1、相位控制器205-2、相位調(diào)制器206均為市銷產(chǎn)
PR o 圖1中，1、 2和3為三根光纖，其中光纖l、 2為干涉光纖，光纖3為傳輸光纖， 合分波器203、 204與光纖1、 2組成的馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀。連續(xù)單 色激光器101發(fā)射的單色激光，由光纖傳到合分波器203的單色激光被分為兩路其中一 路激光由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖合分波器203端入射，在合分波器204端合波而 形成干涉光波，干涉光波再通過光纖3傳回合分波器203，其中另一路激光通過光纖3傳 到合分波器204，由馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉儀合分波器204端入射，在合分波器 203端合波而形成干涉光波。 干涉信號經(jīng)光電檢測器309和光電檢測器310轉換后，由光電信號處理電路311 進行處理分析，通過信號處理和運算，并在一段時間上長度上對由外界干擾量而產(chǎn)生的 相位取平均，根據(jù)計算出的相位平均值去控制相位調(diào)制器206產(chǎn)生補償相位，抵消外界 干擾的影響，使得干涉儀工作在一確定工作點上。 光電信號處理電路311在確保干涉儀相位被控制在一個確定的工作點上的同 時，分析計算出干涉儀的偏振態(tài)變化量，去控制偏振控制器201發(fā)出一個頻率為F的調(diào)制 信號，通過偏振調(diào)制器202調(diào)制干涉儀，使得干涉儀產(chǎn)生一個頻率為F的調(diào)制干涉波， 光電檢測器309和310檢測出干涉儀兩路輸出光的偏振態(tài)，送給信號處理電路311計算 出干涉儀的偏振態(tài)情況，偏振控制器201通過改變干涉儀輸入光的偏振態(tài)，這樣偏振控 制器201、偏振調(diào)制器202和光電信號處理電路311形成偏振態(tài)閉環(huán)控制電路，使得在馬 赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定 在系統(tǒng)所需要的角度值上；另外，在對干涉儀進行偏振態(tài)控制的時候，會造成干涉儀兩 端檢測的兩路干涉信號之間的相位差發(fā)生無規(guī)律變化，將影響光纖安全預警系統(tǒng)的定位 精度，對此，本發(fā)明提出在干涉儀的任何一個干涉臂加上一個相位調(diào)制器206，光電信號 處理電路311通過計算分析出兩路信號的相位差的變化情況，調(diào)制修正干涉儀兩路輸出 信號的相位差值，使得在調(diào)整偏振態(tài)的同時確保相位差值達到系統(tǒng)所需要的角度。
本發(fā)明采用的是雙馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，干涉儀長度最長可 達80公里左右，管道沿線的土壤振動信號造成干涉儀上被干涉的光波的相位變化而形成 帶有振動信息干涉信號，干涉型馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀的理論基礎是兩束 光的干涉，當兩束單色波振動方向相同時完全相干，而振動方向相互垂直時則完全不干涉，不難推測其它情況下，兩束光應該為部分相干。干涉儀要發(fā)生干涉要求兩束光的偏 振態(tài)方向一致。從理論上講，當光纖為理想的圓柱時，偏振態(tài)互為正交的兩個模式獨自 傳輸、互不干擾，但實際上，制造的單模光纖不是對稱的圓柱體，光纖安全預警系統(tǒng)采 用的干涉儀是目前應用的最長的干涉儀，長達80公里左右，80公里左右的管道沿線的環(huán) 境變化非常復雜，使得干涉儀上的光束在傳輸過程中的相位和偏振變化極為復雜，外界 的壓力、溫度的變化等使光纖彎曲、變形，制造中的缺陷等都會致使正交的兩個方向的 光學傳播常數(shù)出現(xiàn)差異，出現(xiàn)所謂的雙折射現(xiàn)象，即兩個偏振態(tài)傳播中隨機耦合，導致 最后從光纖輸出的光的偏振態(tài)隨機化，無法保證兩束光疊加時的干涉效果，最后輸出的 信號呈隨機消隱狀態(tài)，這種現(xiàn)象成為偏振衰落現(xiàn)象；在使得偏振態(tài)隨機變化的同時也使 得從光纖輸出的干涉光的相位隨機變化，最終導致系統(tǒng)的信噪比隨機漲落，甚至信號完 全消隱，這種現(xiàn)象成為相位衰落現(xiàn)象。 但是，光纖安全預警系統(tǒng)中采用的激光有源和無源光器件同時具有偏振與相位 相關特性，在對干涉儀進行偏振控制的同時會造成相位變化，對相位控制的同時也會造 成偏振態(tài)變化，因此，如何既保證干涉儀兩束偏振光進行穩(wěn)定干涉，又使相位衰落被控 制在系統(tǒng)需要的狀況下，二者的聯(lián)合協(xié)調(diào)控制是光纖安全預警系統(tǒng)最關鍵的技術之一。
本發(fā)明的實現(xiàn)原理是 本發(fā)明根據(jù)在光纖安全預警系統(tǒng)光纖干涉儀上傳播的兩束偏振光有任意的偏振 態(tài)和隨機的相位變化，光纖干涉儀輸出光強信號經(jīng)光電轉換后可以寫成F = Fj + F2 + eos(A + 4+ A) +『《 (1 ) (l)式可以寫為 V = V0+Vg cos(小s+小n+小0)+Vn (2) 其中，V是輸出的電壓信號，Vg是干涉儀的可視度，V。是電路附加噪聲，^為 由土壤振動聲波引起的相差信號，即為要探測的土壤振動聲波信號，小。為干涉儀的初始 相位，是個常量，cK為表示各種干擾與噪聲引起的位相差的低頻漂移，其中，Vg和(K 是一個不確定量，隨溫度和外界環(huán)境影響而變化。 由于光纖的微彎、扭曲、環(huán)境溫度的變化導致光纖輸出偏振態(tài)隨機變化，反映 在可視度Vg在0 l之間隨機變化，Vg為O時信號完全消隱，此現(xiàn)象被稱為光纖干涉儀 的偏振誘導信號衰落現(xiàn)象。 另外，為分析問題的方便，(2)式可以寫成
V = A+Vg cos(小s+小n) (3) 其中，A = V^V2+V。， ^=2 ,，(K并入t。 一般外界干擾信號小n是 低頻大信號，^為高頻小信號，當信號有一微小變化量A t時
A V《Vg sin小n. A小s (4) 由于低頻干擾(K隨機變化，且幅度大，由(4)式不難得出系統(tǒng)輸出的信噪比在 變化，且當sincK二O時，信號完全消隱。干涉儀輸出信號隨外界環(huán)境的變化而出現(xiàn)的 信號隨機漲落現(xiàn)象，稱為干涉儀的相位衰落現(xiàn)象。 單獨對干涉儀進行偏振態(tài)控制的時，會造成干涉儀的相位發(fā)生變化。單獨對干 涉儀進行相位控制的時，會造成干涉儀的偏振態(tài)發(fā)生變化。另外控制干涉儀的相位或者偏振態(tài)時，會使得干涉儀兩端檢測的兩路干涉信號之間的相位差發(fā)生無規(guī)律變化，將影 響光纖安全預警系統(tǒng)的定位精度。 針對這些現(xiàn)象，本發(fā)明提出了在對光纖安全預警系統(tǒng)干涉儀進行主動相位補償 的同時，實時監(jiān)測干涉儀的偏振態(tài)和干涉儀兩端檢測的兩路干涉信號之間的相位差變化 情況，根據(jù)變化量同時進行補償和調(diào)整，使得干涉儀的相位、偏振態(tài)和兩路信號的相位 差達到系統(tǒng)需要的最佳值。 光纖安全預警系統(tǒng)輸出的信號經(jīng)光電轉換后由A/D采集卡進行量化，可以寫 成V = A+Vg cos(小s+小n) (3) —般信號t為高頻，外界干擾cK為低頻，對(3)式在一定時間長度上取平均， 可以得到該時間段外界干擾量^K的平均值^K。在干涉儀一臂中加入相位調(diào)制器，然后 在相位調(diào)制器上加一反饋控制電壓Vp，產(chǎn)生控制相差小ffi，抵消外界干擾的影響，使得 干涉儀工作在一確定工作點上，如下式
(J)ffi + (J)n = n3i + ji/2 (n = 0， 1， 2…) (5) 當(K變化時，小ffi也隨之變化。我們對它進行調(diào)整，通過這樣不斷循環(huán)，水聽 器的工作點能夠被穩(wěn)定在n/2附近，我們可以獲得可靠、穩(wěn)定的信號輸出。這樣就使系 統(tǒng)工作點恒穩(wěn)定在最靈敏的點上，克服光纖安全預警系統(tǒng)的相位衰落。
圖1光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)原理框圖 圖2光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)電原理圖
其中101-激光器 202-偏振調(diào)制器 204-合分波器 206-相位調(diào)制器 310-光電檢測器
312-A/D 313-A/D
201-偏振控制器 203-合分波器 205-相位控制器 309-光電檢測器 311-光電信號處理電路
具體實施例方式
實施例.以本例來說明本發(fā)明的具體實施方式
并對本發(fā)明作進一步的說明。本例 是一實驗樣機，其構成如圖l、圖2所示。圖中粗連接線為光纖，細連接線為電線。具 體構成為偏振調(diào)制器202串聯(lián)在由光纖連接的激光器101和合分波器203之間，合分 波器203由兩根光纖接至一有兩路輸入輸出的光電信號處理電路309-1的兩光輸入口，光 電信號處理電路309-1的兩電輸出口各接偏振控制主機201-1和相位控制主機205-1的1/ O 口 ，偏振控制主機201-1輸出口接偏振控制器201-2的輸入口 ，偏振控制器201-2的輸 出口一路接偏振調(diào)制器202的輸入口，另一路接至串聯(lián)在光纖1或2中的相位調(diào)制器206 的輸入口，相位控制主機205-l的輸出口接相位控制器205-2的輸入口，相位控制器205-2 的輸出口接至串聯(lián)在光纖2或1中的另一相位調(diào)制器206的輸入口。在電原理圖中，由 一個有兩路輸入輸出的光電信號處理電路309-1完成了兩路光電檢測器309、光電檢測器 310、 A/D312、 A/D313、光電信號處理電路311的功能，由偏振控制主機201-1和偏振控制器201-2完成偏振控制器201的功能，由相位控制主機205-1和相位控制器205-2完成 相位控制器205的功能。 其中單頻激光器型號KOHERAS ADJUSTIK HP El5 ;合分波器203和合分 波器204型號郎光公司的WDM-A-2X2-1550-l-FC/UPC-3*54 ;偏振控制主機201-1 型號NI PXI-1042 8-Slot 3U CPU : PXI-8186 P4 2.2 I/O : NI PXI-5112, 2 channel, lOOMHz， 32MB/Channel， 8-bit; PXI-6111 A/D 2channel 12bit， D/A 2channel 12bit ; 相 位控制主機205-1型號NI PXI-1050, PXI/SCXI CPU : PXI-8187 P4M 2.5G PXI-6120 A/D 4 channel 16bit， D/A2 channel 16-bi ;偏振控制器201-2及偏振調(diào)制器202型號 OZ OPTICS EPC-400 EPC DRIVER-04-RS232 ;相位控制器205-2及相位調(diào)制器206 : OZ OPTICS FICE PZ-STD-FC/PC ;光電信號處理電路309-1 :通用兩路對稱光電轉換放大電 路，光輸入范圍-20 -45dBm，輸出范圍-3V +3V。 這里的光電信號處理電路309-1為光電轉換輸出電路，A/D 312、光電信號處理 電路311、偏振控制器201由圖2中偏振控制主機201-1實現(xiàn)，偏振控制主機201-1集成 了A/D312轉換電路；A/D313、光電信號處理電路311、相位控制器205由相位控制主機 205-1實現(xiàn)。連續(xù)單色激光器101發(fā)射的單色激光，通過光纖傳到馬赫-曾德(Mach-Zehnder)
光纖干涉儀，該光纖干涉儀作為連續(xù)分布式振動傳感器拾取管道沿線土壤的振動信號，
經(jīng)過光纖傳到光電信號處理電路309-1。相位控制主機205-1、相位控制器205-2與光
電信號處理電路309-1、相位調(diào)制器206組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德
(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需
要的相位值上。偏振控制主機201-1、偏振控制器201-2與光電信號處理電路309-1、相
位調(diào)制器206組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上
傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。 本系統(tǒng)配定位系統(tǒng)和信號識別系統(tǒng)后經(jīng)某管線實際使用、測試，對地面動土開
挖、觸動管道、在管道上焊接、打孔均能測知、定位精度高、事件性質(zhì)判斷準確，并無漏檢。 本系統(tǒng)對土壤振動信號的檢測具有很高的靈敏度，可以有效檢測光纜附近3米 以內(nèi)的任何土壤振動信號；事件檢測定位精度高，定位精度可達士10米，完全滿足管 道維護搶修要求。單套系統(tǒng)的監(jiān)測距離可達120公里左右，借助于通信系統(tǒng)，多臺設備 連接在一起可以組成一個完整的無縫監(jiān)測網(wǎng)絡，因此本發(fā)明的監(jiān)測距離可以根據(jù)需要而 定。 本系統(tǒng)不但適用于管道安全防范與預警系統(tǒng)，也適用于其它重要設施和重要區(qū) 域的安全防范與預警，比如通信光纜、交通設施、文物保護區(qū)、軍械庫、重點機關和 重要工業(yè)廠區(qū)等重要設施與區(qū)域的安全保護與防范預警系統(tǒng)。 由上可見，本發(fā)明可以有效檢測光纜附近3米以內(nèi)的任何土壤振動信號并準確 判斷事件性質(zhì)；事件檢測定位精度高，監(jiān)測距離長，單套系統(tǒng)的監(jiān)測距離可達120公里 左右；且光路系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、無漏檢；從根本上解決了埋地管道、構筑物或地面構筑 物、重要設施與區(qū)域免受破壞的安全預警難題。
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權利要求
一種埋地管道或構筑物或重要設施與區(qū)域的安全保護預警的光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)，包括與管道同溝敷設或敷于構筑物周圍地下的兩根光纖[1]、[2]及與合分波器[203]、合分波器[204]與組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀及激光器[101]，其特征是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在由光纖連接的激光器[101]和合分波器[203]之間，合分波器[203]后分別接三根光纖[1]、[2]、[3]至合分波器[204]，合分波器[203]、合分波器[204]與光纖[1]、光纖[2]組成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀，合分波器[203]再由光纖接兩套光電檢測器[309]和光電檢測器[310]，該兩光電檢測器[309]和光電檢測器[310]輸出由電信號線各接A/D[312]、A/D[313]，A/D[312]、A/D[313]輸出各接光電信號處理電路[311]，一光電信號處理電路[311]的輸出接偏振控制器[201]，并由偏振控制器[201]的輸出接偏振調(diào)制器[202]及由光纖接至串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]，另一光電信號處理電路[311]輸出接相位控制器[205]，并由相位控制器[205]的輸出接至串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]；相位控制器[205]與光電信號處理電路[311]、相位調(diào)制器[206]組成相位衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的相位差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的相位值上；偏振控制器[201]、偏振調(diào)制器[202]與相位調(diào)制器[206]以及光電信號處理電路[311]組成偏振衰落閉環(huán)控制環(huán)，使得在馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光纖干涉儀上傳播而形成干涉的兩路干涉光波的偏振態(tài)差值穩(wěn)定在系統(tǒng)所需要的角度值上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)，其特征是合分波器 [203]由兩根光纖接至一兩路輸入輸出的光電信號處理電路[309]的兩光輸入口，光電信號 處理電路[309]的兩電輸出口各接偏振控制器[201]中的偏振控制主機[201-1]和相位控制 器[205]中的相位控制主機[205-1]的I/O 口，偏振控制主機[201-1]輸出口接偏振控制器 [201-2]的輸入口，偏振控制器[201-2]的輸出口一路接偏振調(diào)制器[202]的輸入口 ，另一 路接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]的輸入口，相位控制主機[205-1]的輸出 口接相位控制器[205-2]的輸入口，相位控制器[205-2]的輸出口接另一串聯(lián)在光纖[2]或 [1]中的相位調(diào)制器[206]的輸入口。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)，其特征是所述 激光器[101]為連續(xù)單色激光器。
全文摘要
本發(fā)明是一種埋地管道、構筑物或重要設施與區(qū)域的安全保護預警的光纖安全預警偏振與相位聯(lián)合控制系統(tǒng)，涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統(tǒng)技術領域。它是偏振調(diào)制器[202]串聯(lián)在連續(xù)單色激光器[101]和合分波器[203]之間，合分波器[203]由光纖接兩套光電檢測器[309]、[310]，兩光電檢測器[309]、[310]輸出各接A/D[312]、A/D[313]，A/D[312]、A/D[313]輸出各接光電信號處理電路[311]，一光電信號處理電路[311]輸出接偏振控制器[201]，偏振控制器[201]輸出接偏振調(diào)制器[202]及接串聯(lián)在光纖[1]或[2]中的相位調(diào)制器[206]，另一光電信號處理電路[311]輸出接相位控制器[205]，相位控制器[205]的輸出接串聯(lián)在光纖[2]或[1]中的相位調(diào)制器[206]。
文檔編號G01P15/00GK101692137SQ20061009090
公開日2010年4月7日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權日2006年6月30日
發(fā)明者歷宇, 張金權, 方德學, 楊文明, 林曉舒, 焦書浩, 王小軍, 王贏, 王飛, 范向紅, 閆會朋, 霍峰 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣管道局