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专利号: 2022108533808
申请人: 电子科技大学中山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种长距离光纤分布式振动传感装置的工作方法,其特征在于:长距离光纤分布式振动传感装置包括与第一耦合器第一端口连接的激光器,第一耦合器的第二端口依次与声光调制器、掺铒光纤放大器和光开关的第一端口连接,第一耦合器的第三端口与光混频器的第二端口连接;处理器通过数模转换器和射频驱动器连接声光调制器;光开关的第二端口与环形器的第一端口连接,光开关的第三端口与第二耦合器的第三端口连接;环形器的第二端口连接传感光纤,第三端口连接第二耦合器的第二端口,第二耦合器的第一端口连接光混频器的第一端口,光混频器的第三端口通过巴伦接收器和模数转换器与处理器连接;

激光器产生低噪声光波进入第一耦合器的第一端口,分成两路,一路从第二端口出射作为调制光波进入声光调制器,另一路从第三端口出射作为本振光波进入光混频器的第二端口;声光调制器对调制光波整形,产生短脉冲光波经掺铒光纤放大器放大后,经光开关的第二端口传递给环形器,通过环形器的第二端口出射短脉冲光波并在传感光纤中传播;

传播期间,传感光纤产生的后向瑞利散射信号回到环形器,依次经第二耦合器、光混频器、巴伦接收器和模数转换器并发送给处理器,使处理器得到传感光纤后向散射信号的复极化信号;

在光混频器内,光波被极化波束分光器分成两路正交极化光波,穿过分束器分成四路并与本振光信号混频,获得四路相移为90°的干涉光强信号进入巴伦接收器,巴伦接收器将四路干涉光信号转换为电信号送入模数转换器;

处理器通过数模转换器和射频驱动器控制声光调制器,设置短脉冲持续时间,线性扫频带宽和步进次数;

处理器对复极化信号脉冲压缩处理,将后向散射信号与匹配滤波信号进行卷积处理,得到脉冲压缩后的响应信号,具体为:;

式中,卷积结果是光纤延迟的函数,光脉冲响应、传播短脉冲光场,以及匹配滤波信号均为的函数;

处理器经脉冲压缩处理,得到传播信号的自相关函数:;

处理器基于脉冲压缩处理后的后向散射数字信号,解调出与传感光纤应力相关的光脉冲响应测量结果,实现传感光纤沿线振动监测;传感光纤产生的后向散射信号表示为传播短脉冲光场与光纤光脉冲响应的卷积,即;当某个区域的传感光纤受到应力影响发生形变,光脉冲响应在对应的延迟区域内也产生变化,引起后向散射信号在对应空间/时间区域的相位变化。

2.如权利要求1所述的一种长距离光纤分布式振动传感装置的工作方法,其特征在于:短脉冲光波在传感光纤中传递,产生后向瑞利散射信号回到环形器的第二端口,由环形器的第三端口出射进入第二耦合器的第二端口,再由耦合器第二的第一端口出射进入光混频器的第一端口,光混频器的第三端口出射四路干涉光强信号进入巴伦接收器。

3.如权利要求1所述的一种长距离光纤分布式振动传感装置的工作方法,其特征在于:所述巴伦接收器将干涉光信号转换为电信号,输出四路模拟电信号到模数转换器。

4.如权利要求1所述的一种长距离光纤分布式振动传感装置的工作方法,其特征在于:所述模数转换器将四路模拟电信号转换为数字信号送给处理器,使处理器得到传感光纤后向散射信号的复极化信号。