涉儀獲得的振動(dòng)時(shí)域曲線(xiàn);d)馬赫曾德?tīng)柛缮?儀獲得的振動(dòng)頻譜;e)相位光時(shí)域結(jié)構(gòu)在A點(diǎn)獲得的振動(dòng)頻譜;f)相位光時(shí)域結(jié)構(gòu)在B點(diǎn)獲 得的振動(dòng)頻譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0017] 圖1為本發(fā)明的一種基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖，如圖所示，系統(tǒng)由光路和電路兩部分組成。窄線(xiàn)寬激光器1輸出的連續(xù)光經(jīng)光耦合器2后 分為三路，上面一路光信號(hào)由偏振控制器3調(diào)制之后經(jīng)光隔離器13直接注入傳感光纖12;中 間一路光信號(hào)經(jīng)偏振控制器4調(diào)節(jié)后由與脈沖發(fā)生器6及聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)7相連的聲光調(diào)制 器8調(diào)制為脈沖光之后經(jīng)摻鉺光纖放大器9放大后經(jīng)環(huán)形器10注入到光纖光柵濾波器11濾 除ASE噪聲后由環(huán)形器10的3 口注入傳感光纖12;第三路光通過(guò)偏振控制器5調(diào)節(jié)后通過(guò)參 考光纖14后與耦合器15連接，參考光纖14的長(zhǎng)度等于傳感光纖12的長(zhǎng)度;脈沖光在光纖中 傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的后向瑞利散射光以及馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)的連續(xù)探測(cè)光通過(guò)環(huán)形器 10從4 口輸出并通過(guò)耦合器15與本地光耦合成一束光，然后經(jīng)平衡探測(cè)器16進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換，獲得的電信號(hào)經(jīng)過(guò)電低噪放大器17放大后由3dB電功分器18分為兩路，上面一路經(jīng)電低 通濾波器19后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡21進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，下面一路電信號(hào)經(jīng)電帶通濾波器20濾波后 通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡21進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后將采集得到的兩路信號(hào)用上位機(jī)22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲 得測(cè)量結(jié)果。
[0018] 實(shí)施時(shí)，光耦合器2的分光比為0.1:90:9.9，關(guān)鍵是保證連續(xù)探測(cè)光與本地光的光 功率比小于1:99。馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)采用的連續(xù)探測(cè)光頻率為f，相位敏感的光時(shí)域反 射結(jié)構(gòu)采用的脈沖探測(cè)光頻率通過(guò)聲光調(diào)制器8引入一個(gè)頻移△ f，探測(cè)光頻率為f+ Δ f。
[0019] 平衡光電探測(cè)器16電域帶寬大于聲光調(diào)制器8引入的頻移值。電帶通濾波器20中 心頻率與聲光調(diào)制器8引入的頻移相同，帶寬與超窄線(xiàn)寬激光器1頻率漂移引入的頻移值相 同。電功分器18的功率比為50:50。
[0020] 圖2和圖3為采用本發(fā)明裝置測(cè)試效果圖，如圖所示采用3. lkm光纖進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試， 圖2-a為單個(gè)振動(dòng)原始曲線(xiàn)，圖2-b圖為單個(gè)振動(dòng)定位曲線(xiàn)，圖2-c為系統(tǒng)空間分辨率，圖2-d-圖2-f為不同振動(dòng)頻率測(cè)試結(jié)果。圖3-a為兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的原始曲線(xiàn)，圖3-b為兩個(gè)振動(dòng)信 號(hào)的定位圖。圖3-c為兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的馬赫曾德?tīng)柛缮鏁r(shí)域曲線(xiàn)，圖3-d為兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的 馬赫曾德?tīng)柛缮骖l譜圖，圖3-e振動(dòng)A的相位光時(shí)域曲線(xiàn)所測(cè)得的頻譜；圖3-f為振動(dòng)B的相 位光時(shí)域曲線(xiàn)所測(cè)得的頻譜。從上面測(cè)試結(jié)果可以看見(jiàn)，采用基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振 動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測(cè)得高頻振動(dòng)的位置和頻率值;同時(shí)采用頻譜映射的 方法能夠?qū)崿F(xiàn)高頻多點(diǎn)測(cè)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，將相位 敏感光時(shí)域反射系統(tǒng)與馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)結(jié)合，利用相位敏感的光時(shí)域反射技術(shù)進(jìn)行 定位，用馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)測(cè)量，并采用頻譜映射的方法將振動(dòng)位置和振動(dòng) 頻率對(duì)應(yīng)起來(lái)，形成基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)；系統(tǒng)由光路 和電路兩部分組成： 窄線(xiàn)寬激光器（1)輸出的連續(xù)光經(jīng)光耦合器(2)后分為三路，第一路為馬赫曾德?tīng)柛缮?儀結(jié)構(gòu)的連續(xù)探測(cè)光，經(jīng)偏振控制器(3)調(diào)節(jié)光偏振態(tài)后通過(guò)隔離器（13)注入傳感光纖中； 第二路連續(xù)光由偏振控制器(4)調(diào)節(jié)偏振態(tài)后用電脈沖信號(hào)發(fā)生器(6)將電脈沖通過(guò)聲光 調(diào)制器驅(qū)動(dòng)器(7)驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器(8)，將連續(xù)光調(diào)制為脈沖光之后經(jīng)脈沖式摻鉺光纖放大 器(9)放大探測(cè)光后經(jīng)環(huán)形器（10)將放大后的光信號(hào)通過(guò)光纖光柵濾波器（11)濾除ASE噪 聲后注入到傳感光纖（12)中；第三路連續(xù)光信號(hào)通過(guò)偏振控制器(5)和參考光纖（14)后與 耦合器（15)連接;脈沖光在光纖中傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的后向散射光和馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的連 續(xù)探測(cè)光通過(guò)環(huán)形器（10)的4口輸出，輸出光信號(hào)與本地光在耦合器（15)處耦合，然后經(jīng)平 衡光電探測(cè)器（16)進(jìn)行拍頻，拍頻信號(hào)中有兩個(gè)頻率的電信號(hào)，馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)獲 得的電信號(hào)為低頻信號(hào)；相位光時(shí)域反射信號(hào)為中頻信號(hào)，并且該中頻信號(hào)頻率由聲光調(diào) 制器(8)引入的頻移決定，拍頻信號(hào)經(jīng)過(guò)電低噪放大器(17)放大后采用3dB電功分器（18)將 電信號(hào)分為兩路，上面一路經(jīng)過(guò)低通濾波器（19)后用數(shù)據(jù)采集卡（21)采集，下面一路經(jīng)過(guò) 帶通濾波器(20)濾波之后由數(shù)據(jù)采集卡(21)采集，最后數(shù)據(jù)交由上位機(jī)(22)處理獲得測(cè)量 結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其 特征在于，光耦合器(2)的分光比為0.1:90:9.9,保證連續(xù)探測(cè)光與本地光的光功率比小于 1:99〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其 特征在于，馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)采用的連續(xù)探測(cè)光頻率為f，相位敏感的光時(shí)域反射結(jié)構(gòu) 采用的脈沖探測(cè)光頻率通過(guò)聲光調(diào)制器(8)引入一個(gè)頻移△ f，探測(cè)光頻率為f+ Δ f。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其 特征在于，平衡光電探測(cè)器(16)的電帶寬大于Af，Af為聲光調(diào)制器(8)引入的頻移值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其 特征在于，系統(tǒng)采用平衡馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)，參考光纖（14)的長(zhǎng)度等于傳感光纖（12) 的長(zhǎng)度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)，其 特征在于，低通濾波器（19)的截止頻率與帶通濾波器(20)的下截止頻率需要一個(gè)較大頻帶 間隔，不能有混疊部分。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)。將相位敏感光時(shí)域反射系統(tǒng)與馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x結(jié)構(gòu)結(jié)合，利用相位敏感的光時(shí)域反射技術(shù)進(jìn)行定位，用馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)測(cè)量，并采用頻譜映射的方法將振動(dòng)位置和振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)起來(lái)形成基于頻分復(fù)用技術(shù)的高頻振動(dòng)測(cè)量分布式光纖傳感系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的傳感；在簡(jiǎn)單時(shí)序控制和解調(diào)方法的基礎(chǔ)上解決了系統(tǒng)定位信噪比受頻率測(cè)量靈敏度影響的問(wèn)題；去除了系統(tǒng)在測(cè)量頻帶上存在的頻率盲區(qū)；實(shí)現(xiàn)了高頻多點(diǎn)振動(dòng)的定位和頻率測(cè)量。本裝置工作穩(wěn)定，在多次測(cè)量中都能準(zhǔn)確的測(cè)量出振動(dòng)的位置和頻率。在低造價(jià)的情況下實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)高頻振動(dòng)的準(zhǔn)確定位和頻率測(cè)量。
【IPC分類(lèi)】G01H9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105606196
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610049783
【發(fā)明人】邵理陽(yáng), 何海軍, 張志勇, 閆連山, 潘煒, 羅斌
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日