基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置和解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置和解調(diào)方法，涉及分布式光纖傳感儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，該裝置包括得到傳感信號(hào)的主干涉儀以及為采集裝置提供時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)的輔助干涉儀，被測(cè)傳感光纖封裝在磁致伸縮材料上。方法包括通過線性調(diào)諧的光源在主干涉得到不同拍頻信號(hào)，利用快速傅里葉變換將波長(zhǎng)域信息轉(zhuǎn)換到對(duì)應(yīng)傳感光纖中各個(gè)位置的距離域信息。通過移動(dòng)窗在距離域選取傳感光纖上信號(hào)通過復(fù)數(shù)快速傅里葉反變換再轉(zhuǎn)換到波長(zhǎng)域，即瑞利散射光譜。本發(fā)明提高了測(cè)試距離，且具有較高的空間分辨率，可對(duì)多點(diǎn)磁場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行精確定位，磁場(chǎng)強(qiáng)度最小可測(cè)為5.3mT，測(cè)試距離可達(dá)300m以上，磁場(chǎng)定位精度可達(dá)14cm。
【專利說明】基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置和解調(diào)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式光纖傳感儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于磁致伸縮分布式光 頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置和解調(diào)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，醫(yī)療、電力、核工業(yè)等重要區(qū)域的磁場(chǎng)對(duì)其安全的影響顯得 尤為重要。分布式光纖磁場(chǎng)傳感系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)檢測(cè)及定位，具有長(zhǎng)距離監(jiān)控、高精度定 位、低能源依賴性、高環(huán)境耐受性、抗腐蝕等特性。
[0003] 目前，分布式光纖磁場(chǎng)傳感主要有兩種，第一種方案是基于偏振效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的 方法，該方法優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)快，但這種方法缺點(diǎn)有：磁場(chǎng)強(qiáng)度分辨能力較低，僅能分 辨大小為l〇〇mT以上的磁場(chǎng)，另外該方法受法拉第效應(yīng)的影響嚴(yán)重，測(cè)試距離也較短，僅為 15m左右。另一種方案是基于磁致伸縮材料的光時(shí)域反射方法。該方法特點(diǎn)對(duì)磁場(chǎng)的靈敏 度高，但該方法缺點(diǎn)是空間分辨率低，大概在lm以上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置和解調(diào)方法，本 發(fā)明提高了測(cè)試距離，且具有較高的空間分辨率，詳見下文描述：
[0005] -種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置，所述裝置包括：
[0006] 可調(diào)諧激光器：用于為光頻域反射系統(tǒng)提供光源；
[0007] 1 :99光分束器：可調(diào)諧激光器的出射光由光分束器的a端口進(jìn)入，并以1 :99的比 例分別從b、c端口分配到基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)和主干涉儀；
[0008] 基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)包括：隔離器、第一 50 :50稱合器、第一法拉第轉(zhuǎn) 鏡、第二法拉第轉(zhuǎn)鏡、延遲光纖、探測(cè)器和時(shí)鐘倍頻電路模塊；
[0009] 主干涉儀包括：環(huán)行器、一個(gè)50 :50分束器，第二50 :50耦合器、參考臂、測(cè)試臂、 偏振控制器、傳感光纖、第一偏振分束器和第二偏振分束器，第一平衡探測(cè)器、第二平衡探 測(cè)器以及采集裝置；
[0010] 螺線管：銅導(dǎo)線纏繞在鐵芯上形成通電螺線管，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)；
[0011] 直流電源：用于為螺線管通直流電流，以使螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)；
[0012] 計(jì)算機(jī)：對(duì)采集裝置采集的干涉信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)基于磁致伸縮效應(yīng)的分 布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感。
[0013] 所述隔離器防止輔助干涉儀中第一 50 :50耦合器的b端口的反射光進(jìn)入激光器； 第一 50 :50稱合器，用于光干涉，光從第一 50 :50稱合器的b端口進(jìn)入，從c和d端口出射， 分別被兩臂的第一法拉第轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第轉(zhuǎn)鏡反射，返回到第一 50 :50耦合器c、d端口， 兩束光在第一 50 :50 f禹合器中發(fā)生干涉，從a端口輸出；第一法拉第轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第轉(zhuǎn) 鏡，用于為干涉儀提供反射，且能夠消除干涉儀的偏振衰落現(xiàn)象；延遲光纖，用于實(shí)現(xiàn)非等 臂的拍頻干涉，能夠根據(jù)拍頻和延遲光纖長(zhǎng)度得到光頻；探測(cè)器用于采集第一 50 :50耦合 器從a端口的出射光，即輔助干涉儀的干涉拍頻信號(hào)；時(shí)鐘倍頻電路模塊，一端接入輔助干 涉儀探測(cè)器用于將輔助干涉儀的干涉拍頻信號(hào)倍頻，將倍頻后的信號(hào)接入采集裝置。
[0014] 光從50 :50分束器的a端口進(jìn)入，從b端口進(jìn)入?yún)⒖急壑械钠窨刂破鳎瑥腸端口 進(jìn)入測(cè)試臂；測(cè)試臂上的環(huán)行器，其作用是光從環(huán)行器的a端口進(jìn)入，從環(huán)行器的c端口進(jìn) 入傳感光纖，傳感光纖的背向散射光從環(huán)行器的c端口進(jìn)入，從環(huán)行器端口 b端口輸出，第 二50 :50稱合器，將參考臂上參考光與測(cè)試臂上背向散射光通過a端口和b端口進(jìn)入f禹合 器合束，形成拍頻干涉并從耦合器的c端口和d端口輸出；
[0015] 第一偏振分束器和第二偏振分束器分別接入第二50 :50耦合器的c端口和d端 口，對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏振分束；
[0016] 兩個(gè)平衡探測(cè)器對(duì)應(yīng)采集兩個(gè)偏振分束器輸出的正交方向的信號(hào)光。
[0017] 所述裝置還包括：磁致伸縮材料平板，所述傳感光纖通過環(huán)氧樹脂膠封裝在磁致 伸縮材料的平板上。
[0018] 一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置的解調(diào)方法，所述方法包括以 下步驟：
[0019] 根據(jù)線性調(diào)頻原理，可調(diào)諧激光器產(chǎn)生的線性調(diào)諧激光，進(jìn)入主干涉儀，由傳感光 纖中背向散射光與參考臂中參考光形成拍頻干涉信號(hào)，經(jīng)過第一偏振分束器和第二偏振分 束器后，得到正交偏振的兩路拍頻干涉信號(hào)X和Y，并對(duì)這兩路信號(hào)分別進(jìn)行快速傅里葉變 換得到信號(hào)FFT{X}和FFT{Y}，通過移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中的各個(gè)位置；
[0020] 利用移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中距離域信息，將選取部分的FFT{XJ和FFT{YJ利 用復(fù)數(shù)反傅里葉變換再轉(zhuǎn)換到波長(zhǎng)域得到Xi和Yi ;并將二者加和得到在時(shí)刻下的S(ti) =Xi+Yi，去掉直流項(xiàng)；
[0021] 在下一時(shí)刻t2，按照前兩步計(jì)算并得到在傳感光纖相同位置S(t2) = Xi+Yi，對(duì) saj和S(t2) i十算5：相關(guān)運(yùn)算，得至im相關(guān)系數(shù)和相關(guān)圖的p喿聲7jc平，豐艮據(jù)5：相關(guān)峰值所 在位置是否發(fā)生波長(zhǎng)漂移就可以得到傳感光纖在此位置上是否存在磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度，利 用普通單模光纖進(jìn)行瑞利散射光譜相關(guān)系數(shù)的分布式磁場(chǎng)傳感實(shí)驗(yàn)。
[0022] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明提高了測(cè)試距離，且具有較高的空 間分辨率，可對(duì)多點(diǎn)磁場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行精確定位，磁場(chǎng)強(qiáng)度最小可測(cè)為5. 3mT，測(cè)試距離可達(dá) 300m以上，磁場(chǎng)定位精度可達(dá)14cm。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置的解調(diào)方法的流程圖；
[0025] 圖3是不存在磁場(chǎng)的瑞利散射光譜互相關(guān)圖；
[0026] 圖4是磁場(chǎng)強(qiáng)度為5. 3mT時(shí)的瑞利散射光譜互相關(guān)圖；
[0027] 圖5是磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為0mT、73mT、143. 3mT時(shí)，對(duì)應(yīng)光纖兩個(gè)位置的波長(zhǎng)漂移圖。
[0028] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0029] 1 :可調(diào)諧激光器； 2 :探測(cè)器；
[0030] 3:50:50 分束器； 4:1:99 分束器；
[0031] 5 :第一 50:50稱合器； 6 :時(shí)鐘倍頻電路模塊；
[0032] 7 :延遲光纖； 8 :第一法拉第轉(zhuǎn)鏡；
[0033] 9:第二法拉第轉(zhuǎn)鏡； 10:隔離器；
[0034] 11:計(jì)算機(jī)； 12:偏振控制器：
[0035] 13:環(huán)形器； 14 :第二50:50耦合器；
[0036] 15 :傳感光纖； 16 :第一偏振分束器；
[0037] 17 :第二偏振分束器； 18 :第一平衡探測(cè)器；
[0038] 19 :第二平衡探測(cè)器； 20 :采集裝置；
[0039] 21 :調(diào)諧信號(hào)控制模塊； 22 :參考臂；
[0040] 23 :測(cè)試臂； 24 :基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā) 系統(tǒng)；
[0041] 25:主干涉儀； 26:磁致伸縮材料平板；
[0042] 27 :螺線管； 28 :直流電源。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0044] 參見圖1，該裝置包括：可調(diào)諧激光器1 :用于為光頻域反射系統(tǒng)提供光源，光源采 用窄線寬線性調(diào)諧激光光源，其光頻能夠進(jìn)行線性掃描；
[0045] 1 :99光分束器4 :可調(diào)諧激光器1的出射光由光分束器4的a端口進(jìn)入，并以1 : 99的比例分別從b、c端口分配到基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)24和主干涉儀25 ;
[0046] 基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)24 :實(shí)現(xiàn)等光頻間隔采樣，其目的是抑制光源的 非線性掃描；包括隔離器10、第一 50 :50稱合器5、第一法拉第轉(zhuǎn)鏡8和第二法拉第轉(zhuǎn)鏡9、 延遲光纖7、探測(cè)器2和時(shí)鐘倍頻電路模塊6。隔離器10防止輔助干涉儀中第一 50 :50耦 合器5的b端口的反射光進(jìn)入激光器；第一 50 :50稱合器5,用于光干涉，光從第一 50 :50 耦合器5的b端口進(jìn)入，從c和d端口出射，分別被兩臂的第一法拉第轉(zhuǎn)鏡8和第二法拉第 轉(zhuǎn)鏡9反射，返回到第一 50 :50稱合器5的c、d端口，兩束光在第一 50 :50稱合器5中發(fā) 生干涉，從a端口輸出；第一法拉第轉(zhuǎn)鏡8和第二法拉第轉(zhuǎn)鏡9,用于為干涉儀提供反射，且 能夠消除干涉儀的偏振衰落現(xiàn)象；延遲光纖7,用于實(shí)現(xiàn)非等臂的拍頻干涉，能夠根據(jù)拍頻 和延遲光纖長(zhǎng)度得到光頻；探測(cè)器2用于采集第一 50 :50耦合器5從a端口的出射光，即輔 助干涉儀的干涉拍頻信號(hào)；時(shí)鐘倍頻電路模塊6, 一端接入輔助干涉儀探測(cè)器2用于將輔助 干涉儀的干涉拍頻信號(hào)倍頻，倍頻目的是輔助干涉儀中采用較短的延遲光纖也可以產(chǎn)生較 高的時(shí)鐘信號(hào)，將倍頻后的信號(hào)接入采集裝置20,作為采集裝置20的外部時(shí)鐘信號(hào)。
[0047] 主干涉儀25 :是光頻域反射儀的核心，其為改進(jìn)型馬赫澤德干涉儀，包括環(huán)行器 13、一個(gè)50 :50分束器3,第二50 :50耦合器14、參考臂22、測(cè)試臂23、偏振控制器12、傳感 光纖15、第一偏振分束器16和第二偏振分束器17,第一平衡探測(cè)器18、第二平衡探測(cè)器19 以及采集裝置20。50 :50分束器3作用是馬赫澤德干涉儀分束。光從50 :50分束器3的a 端口進(jìn)入，經(jīng)過50 :50分束器3從b端口進(jìn)入?yún)⒖急?2中的偏振控制器12,從c端口進(jìn)入 測(cè)試臂23。參考臂22中的偏振控制器12作用是調(diào)節(jié)參考光偏振態(tài)，使其在偏振分束時(shí)兩 個(gè)正交方向上光強(qiáng)基本一致。測(cè)試臂23上的環(huán)行器13,其作用是光從環(huán)行器13的a端口 進(jìn)入，從環(huán)行器13的c端口進(jìn)入傳感光纖15,而傳感光纖的背向散射光從環(huán)行器13的c端 口進(jìn)入，從環(huán)行器13端口 b端口輸出，第二50 :50耦合器14,將參考臂22上參考光與測(cè)試 臂23上背向散射光通過a端口和b端口進(jìn)入耦合器14合束，形成拍頻干涉并從耦合器14 的c端口和d端口輸出。第一偏振分束器16和第二偏振分束器17分別接入第二50 :50奉禹 合器14的c端口和d端口，對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏振分束。目的是消除偏振衰落噪聲的影響。兩個(gè) 平衡探測(cè)器18和19對(duì)應(yīng)采集兩個(gè)偏振分束器輸出的正交方向的信號(hào)光。采集裝置20 :將 兩個(gè)平衡探測(cè)器18和19輸出的模擬電信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)11，其中采集裝置20的時(shí)鐘源來 自基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)24。
[0048] 磁致伸縮材料平板26 :本發(fā)明中利用的磁致伸縮材料為厚度為0. 5mm的Fe-Co-V 合金平板，用于和傳感光纖結(jié)合，傳感光纖15通過環(huán)氧樹脂膠封裝在磁致伸縮材料的平板 上，當(dāng)磁致伸縮平板處于磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變化，引起傳感光纖的應(yīng)力產(chǎn)生，通過對(duì)應(yīng)力的 傳感，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的傳感。
[0049] 螺線管27 :銅導(dǎo)線纏繞在鐵芯上形成通電螺線管，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)。
[0050] 直流電源28 :用于為螺線管27通直流電流，以使螺線管27產(chǎn)生磁場(chǎng)。
[0051] 計(jì)算機(jī)11 :對(duì)采集裝置20采集的干涉信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)基于磁致伸縮效應(yīng) 的分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感。
[0052] 參見圖2,解調(diào)方法包括以下步驟：
[0053] 101 :根據(jù)線性調(diào)頻原理，可調(diào)諧激光器1產(chǎn)生的線性調(diào)諧激光，進(jìn)入主干涉儀25， 由傳感光纖15中背向散射光與參考臂22中參考光形成拍頻干涉信號(hào)，經(jīng)過第一偏振分束 器16和第二偏振分束器17后，得到正交偏振的兩路拍頻干涉信號(hào)X和Y，并對(duì)這兩路信號(hào) 分別進(jìn)行快速傅里葉變換得到信號(hào)FFT {X}和FFT {Y}，通過移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中的 各個(gè)位置；
[0054] 102 :利用移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中的距離域信息，將選取部分的FFT{XJ和 FFT{YJ利用復(fù)數(shù)反傅里葉變換再轉(zhuǎn)換到波長(zhǎng)域得到Xi和Yi ;并將二者加和得到在h時(shí)刻 下的S(ti) = Χ'Υρ去掉直流項(xiàng)；
[0055] 103 :在下一時(shí)刻t2，按照前兩步計(jì)算并得到在傳感光纖相同位置S(t2) = 對(duì)Sh)和S(t2) i十算5：相關(guān)運(yùn)算，得至im相關(guān)系數(shù)和相關(guān)圖的P喿聲7jC平，豐艮據(jù)5：相關(guān)峰值 所在位置是否發(fā)生波長(zhǎng)漂移就可以得到傳感光纖在此位置上是否存在磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度， 利用普通單模光纖進(jìn)行如圖3瑞利散射光譜相關(guān)系數(shù)的分布式磁場(chǎng)傳感實(shí)驗(yàn)。
[0056] 當(dāng)不存在磁場(chǎng)時(shí)，前后兩個(gè)時(shí)刻的瑞利散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值所在位置為中心 〇,如圖3所示。存在磁場(chǎng)（觸碰光纖）時(shí)，前后兩個(gè)時(shí)刻的瑞利散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值 所在位置將產(chǎn)生漂移。通過不同的瑞利散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值偏移量的大小標(biāo)定，就可 以得到存在磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。
[0057] 根據(jù)上述實(shí)施方式中的裝置和方法，實(shí)施例中被測(cè)光纖長(zhǎng)度為320m，在通過螺線 管產(chǎn)生的磁場(chǎng)的兩極分別放置磁致伸縮材料的平板，并將光纖利用環(huán)氧樹脂膠封裝在平板 上，螺線管產(chǎn)生的南北兩極磁場(chǎng)處于光纖中的位置分別為44. 5m和45. 5m處。當(dāng)不存在磁 場(chǎng)時(shí)，前后兩個(gè)時(shí)刻的瑞利散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值所在位置為中心〇,如圖3所示。當(dāng)磁 場(chǎng)強(qiáng)度大小為5. 3mT時(shí)，此時(shí)分辨磁場(chǎng)強(qiáng)度為5. 3mT的空間分辨率為14cm，前一無磁場(chǎng)時(shí)刻 與該受磁場(chǎng)時(shí)刻的瑞利散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值所在位置將產(chǎn)生漂移，對(duì)應(yīng)著波長(zhǎng)漂移為 0. 83GHz，如圖4所示。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的不斷增加，前一無磁場(chǎng)時(shí)刻與該受磁場(chǎng)時(shí)刻的瑞利 散射光譜互相關(guān)系數(shù)峰值漂移量將增大，也即波長(zhǎng)漂移的增加，如圖5所示即為在光纖位 置為44. 5m和45. 5m兩處，在磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為0mT、73mT和143. 3mT時(shí)的波長(zhǎng)漂移量的分布 式結(jié)果。
[0058] 本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制， 只要能完成上述功能的器件均可。
[0059] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0060] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括： 可調(diào)諧激光器：用于為光頻域反射系統(tǒng)提供光源； 1 :99光分束器：可調(diào)諧激光器的出射光由光分束器的a端口進(jìn)入，并以1 :99的比例分 別從b、c端口分配到基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)和主干涉儀； 基于輔助干涉儀的時(shí)鐘觸發(fā)系統(tǒng)包括：隔離器、第一 50 :50稱合器、第一法拉第轉(zhuǎn)鏡、 第二法拉第轉(zhuǎn)鏡、延遲光纖、探測(cè)器和時(shí)鐘倍頻電路模塊； 主干涉儀包括：環(huán)行器、一個(gè)50 :50分束器，第二50 :50耦合器、參考臂、測(cè)試臂、偏振 控制器、傳感光纖、第一偏振分束器和第二偏振分束器，第一平衡探測(cè)器、第二平衡探測(cè)器 以及采集裝置； 螺線管：銅導(dǎo)線纏繞在鐵芯上形成通電螺線管，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)； 直流電源：用于為螺線管通直流電流，以使螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)； 計(jì)算機(jī)：對(duì)采集裝置采集的干涉信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)基于磁致伸縮效應(yīng)的分布式 光頻域反射磁場(chǎng)傳感。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置，其特征 在于， 所述隔離器防止輔助干涉儀中第一 50 :50耦合器的b端口的反射光進(jìn)入激光器；第一 50 :50稱合器，用于光干涉，光從第一 50 :50稱合器的b端口進(jìn)入，從c和d端口出射，分別 被兩臂的第一法拉第轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第轉(zhuǎn)鏡反射，返回到第一 50 :50耦合器c、d端口，兩 束光在第一 50 :50 f禹合器中發(fā)生干涉，從a端口輸出；第一法拉第轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第轉(zhuǎn)鏡， 用于為干涉儀提供反射，且能夠消除干涉儀的偏振衰落現(xiàn)象；延遲光纖，用于實(shí)現(xiàn)非等臂的 拍頻干涉，能夠根據(jù)拍頻和延遲光纖長(zhǎng)度得到光頻；探測(cè)器用于采集第一 50 :50耦合器從a 端口的出射光，即輔助干涉儀的干涉拍頻信號(hào)；時(shí)鐘倍頻電路模塊，一端接入輔助干涉儀探 測(cè)器用于將輔助干涉儀的干涉拍頻信號(hào)倍頻，將倍頻后的信號(hào)接入采集裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置，其特征 在于， 光從50 :50分束器的a端口進(jìn)入，從b端口進(jìn)入?yún)⒖急壑械钠窨刂破?，從c端口進(jìn)入 測(cè)試臂；測(cè)試臂上的環(huán)行器，其作用是光從環(huán)行器的a端口進(jìn)入，從環(huán)行器的c端口進(jìn)入傳 感光纖，傳感光纖的背向散射光從環(huán)行器的c端口進(jìn)入，從環(huán)行器端口 b端口輸出，第二50 : 50耦合器，將參考臂上參考光與測(cè)試臂上背向散射光通過a端口和b端口進(jìn)入耦合器合束， 形成拍頻干涉并從耦合器的c端口和d端口輸出； 第一偏振分束器和第二偏振分束器分別接入第二50 :50稱合器的c端口和d端口，對(duì) 信號(hào)進(jìn)行偏振分束； 兩個(gè)平衡探測(cè)器對(duì)應(yīng)采集兩個(gè)偏振分束器輸出的正交方向的信號(hào)光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置，其特征 在于，所述裝置還包括：磁致伸縮材料平板，所述傳感光纖通過環(huán)氧樹脂膠封裝在磁致伸縮 材料的平板上。
5. -種基于磁致伸縮分布式光頻域反射磁場(chǎng)傳感裝置的解調(diào)方法，其特征在于，所述 方法包括以下步驟： 根據(jù)線性調(diào)頻原理，可調(diào)諧激光器產(chǎn)生的線性調(diào)諧激光，進(jìn)入主干涉儀，由傳感光纖中 背向散射光與參考臂中參考光形成拍頻干涉信號(hào)，經(jīng)過第一偏振分束器和第二偏振分束器 后，得到正交偏振的兩路拍頻干涉信號(hào)X和Y，并對(duì)這兩路信號(hào)分別進(jìn)行快速傅里葉變換得 到信號(hào)FFT {X}和FFT {Y}，通過移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中的各個(gè)位置； 利用移動(dòng)窗依次選取傳感光纖中距離域信息，將選取部分的FFT{XJ和FFT{YJ利用 復(fù)數(shù)反傅里葉變換再轉(zhuǎn)換到波長(zhǎng)域得到Xi和Yi ;并將二者加和得到在h時(shí)刻下的S (tj = Xi+Yi，去掉直流項(xiàng)； 在下一時(shí)刻t2，按照前兩步計(jì)算并得到在傳感光纖相同位置s(t2) =\+1，對(duì)saj和 S(t2)計(jì)算互相關(guān)運(yùn)算，得到互相關(guān)系數(shù)和相關(guān)圖的噪聲水平，根據(jù)互相關(guān)峰值所在位置是 否發(fā)生波長(zhǎng)漂移就可以得到傳感光纖在此位置上是否存在磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度，利用普通單 模光纖進(jìn)行瑞利散射光譜相關(guān)系數(shù)的分布式磁場(chǎng)傳感實(shí)驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01R33/032GK104155619SQ201410413001
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】劉鐵根, 丁振揚(yáng), 杜陽, 劉琨, 江俊峰, 馮博文 申請(qǐng)人:天津大學(xué)