合器2a和2b之間，待測(cè)光纖6與調(diào)制模塊相連。
[0028]所述的光親合器2a和2b均為3dB、50/50光親合器。
[0029]所述的待測(cè)光纖6為40km的單模光纖(SMF)。
[0030]所述的調(diào)制模塊包括:信號(hào)發(fā)生器7、依次相連的聲光調(diào)制器4、摻餌光纖放大器3和光環(huán)形器5，其中:信號(hào)發(fā)生器7與聲光調(diào)制器4相連。
[0031]所述的光環(huán)形器5有3個(gè)端口 5a、5b和5c。
[0032]所述的解調(diào)和數(shù)據(jù)采集模塊包括:光橋8、數(shù)據(jù)采集卡11、兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10和兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器9，其中:兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器9的輸入端與光橋8相連，兩個(gè)平衡光電探測(cè)器9的輸出端分別與兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10的輸入端相連，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡11相連。
[0033]所述的光橋8對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行I/Q解調(diào)獲取相位。
[0034]所述的數(shù)據(jù)采集卡11為8 - bit數(shù)據(jù)采集卡。
[0035]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0036]步驟1、振動(dòng)檢測(cè)時(shí)，將PZT貼到待測(cè)光纖6的30km和40km處，振動(dòng)信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生器7加載到PZT上，PZT的振動(dòng)強(qiáng)度和信號(hào)發(fā)生器7的加載電壓成正比，同時(shí)在PZT上貼有加速度計(jì)以檢測(cè)當(dāng)前振動(dòng)信號(hào)的加速度。
[0037]步驟2、窄線寬光纖激光器I產(chǎn)生的波長(zhǎng)為1550nm的光信號(hào)通過(guò)光親合器2a分成兩路:參考光A和探測(cè)光B ;信號(hào)發(fā)生器7合成60MHz調(diào)頻信號(hào)，通過(guò)聲光調(diào)制器4調(diào)制到進(jìn)入聲光調(diào)制器4的探測(cè)光B上；調(diào)制后的探測(cè)光B依次通過(guò)摻餌光纖放大器3放大、光環(huán)形器5的5a端口和5b端口輸入待測(cè)光纖6，待測(cè)光纖6末端產(chǎn)生的瑞利背向散射光從光環(huán)形器5的5b端口進(jìn)入光環(huán)形器5并通過(guò)5c端口輸入光耦合器2b ;參考光A直接進(jìn)入光耦合器2b與探測(cè)光B的瑞利背向散射光進(jìn)行干涉；兩路光通過(guò)光橋8后解調(diào)形成相位差。
[0038]步驟3、形成相位差的參考光A和探測(cè)光B依次通過(guò)平衡光電探測(cè)器9轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后被數(shù)據(jù)采集卡11采集，將采集到的單個(gè)調(diào)頻脈沖和待測(cè)信號(hào)進(jìn)行相干處理，得到基于相位的距離-時(shí)間三維圖，從而獲取振動(dòng)信號(hào)的信息。
[0039]所述的窄線寬光纖激光器I發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率是2kHz。
[0040]所述的摻餌光纖放大器3用于補(bǔ)償調(diào)制帶來(lái)的插入損耗。
[0041]所述的聲光調(diào)制器4的調(diào)頻時(shí)間為8 μ S，調(diào)制帶寬為60MHz，單頻信號(hào)抑制比大于30dBo
[0042]所述的聲光調(diào)制器4輸出的掃頻光頻率為60MHz，在OFDR中對(duì)應(yīng)1.6m的理論空間分辨率。
[0043]所述的信號(hào)發(fā)生器7的掃頻速度為7.5THz/s,調(diào)頻范圍為170?230MHz。
[0044]所述的參考光A和探測(cè)光B在經(jīng)過(guò)光橋8后產(chǎn)生的相位差為90° ±5°。
[0045]所述的平衡光電探測(cè)器9的帶寬為1.6GHzο
[0046]所述的數(shù)據(jù)采集卡11的采樣率為2GS/s。
[0047]所述的數(shù)據(jù)采集卡11采集到的時(shí)域信號(hào)經(jīng)過(guò)傅立葉變換即可得到待測(cè)光纖6的分布式背向散射信號(hào)。
[0048]如圖2(a)和(C)所示，在待測(cè)光纖6的30km處，當(dāng)有振動(dòng)事件發(fā)生時(shí)，如圖中A和D所示，強(qiáng)度圖樣和差分相位圖樣就會(huì)發(fā)散開(kāi)。
[0049]如圖2(a) - (C)所示，由于各個(gè)不同干涉點(diǎn)的光信號(hào)之間會(huì)相互干涉而導(dǎo)致干涉相長(zhǎng)或干涉相消，如圖中B、C和E所示，在干涉相消的區(qū)域，由于信噪比差會(huì)導(dǎo)致所得的信息不準(zhǔn)確，產(chǎn)生”死區(qū)”。
[0050]如圖2(d)所示，為待測(cè)光纖6中的一個(gè)連接頭反射峰示意圖，由圖中可得，其空間分辨率為3.5m。
[0051]如圖3 (a)、(b)所示，在待測(cè)光纖6的40km處，200Hz，0.08g的振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)區(qū)域F可基于相位提取被檢測(cè)到，如圖3(c)、(d)所示，相同振動(dòng)事件則不能通過(guò)強(qiáng)度提取被檢測(cè)到；即相對(duì)于基于強(qiáng)度的檢測(cè)，基于相位的檢測(cè)具有更高的振動(dòng)強(qiáng)度靈敏度。
[0052]如圖5所示，振動(dòng)導(dǎo)致的相位偏離和振動(dòng)強(qiáng)度之間符合較好的線性關(guān)系。
[0053]所述的聲光調(diào)制器4的調(diào)頻時(shí)間為8 μ s，相位噪聲影響較小。
[0054]本實(shí)施例的探測(cè)范圍為40km，靈敏度為0.08g。
[0055]本實(shí)施例在大幅減少相位噪聲的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)40km、響應(yīng)頻率800Hz和強(qiáng)度為0.08g的振動(dòng)信號(hào)的探測(cè)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光頻域反射計(jì)的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括:調(diào)制模塊、待測(cè)光纖、依次相連的窄線寬光纖激光器、兩個(gè)光耦合器、解調(diào)和數(shù)據(jù)采集模塊，其中:調(diào)制模塊并聯(lián)設(shè)置于兩個(gè)光耦合器之間，待測(cè)光纖與調(diào)制模塊相連； 所述的調(diào)制模塊包括:信號(hào)發(fā)生器、依次相連的聲光調(diào)制器、摻餌光纖放大器和光環(huán)形器，其中:信號(hào)發(fā)生器與聲光調(diào)制器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征是，所述的解調(diào)和數(shù)據(jù)采集模塊包括:光橋、數(shù)據(jù)采集卡、兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器，其中:兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器的輸入端與光橋相連，輸出端分別與兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征是，所述的光耦合器為50/50光耦合器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征是，所述的窄線寬光纖激光器發(fā)射脈沖的頻率是2kHz。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征是，所述的聲光調(diào)制器的調(diào)頻時(shí)間為8 μ S，調(diào)制帶寬為60MHz。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征是，所述的光橋產(chǎn)生的相位差為90?！?。。7.—種基于上述任一權(quán)利要求所述振動(dòng)檢測(cè)裝置的振動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、將PZT貼到待測(cè)光纖的一點(diǎn)，振動(dòng)信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生器加載到PZT上，同時(shí)在PZT上貼有加速度計(jì)以檢測(cè)當(dāng)前振動(dòng)信號(hào)的加速度； 步驟2、窄線寬光纖激光器產(chǎn)生的光信號(hào)通過(guò)光耦合器分成兩路，一路探測(cè)光B依次通過(guò)經(jīng)信號(hào)發(fā)生器掃頻的聲光調(diào)制器、摻餌光纖放大器、、光環(huán)形器輸入待測(cè)光纖，待測(cè)光纖末端產(chǎn)生的瑞利背向散射光進(jìn)入光環(huán)形器并輸入另一個(gè)光耦合器；另一路參考光A直接進(jìn)入該光耦合器與探測(cè)光B的瑞利背向散射光進(jìn)行干涉；干涉后的兩路光通過(guò)光橋后解調(diào)形成相位差； 步驟3、形成相位差的兩路光信號(hào)依次通過(guò)平衡光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后被數(shù)據(jù)采集卡采集，得到振動(dòng)信號(hào)信息。
【專利摘要】一種基于光頻域反射計(jì)的振動(dòng)檢測(cè)裝置及其方法，該裝置包括：調(diào)制模塊、待測(cè)光纖、依次相連的窄線寬光纖激光器、兩個(gè)光耦合器、解調(diào)和數(shù)據(jù)采集模塊，其中：調(diào)制模塊并聯(lián)設(shè)置于兩個(gè)光耦合器之間，待測(cè)光纖與調(diào)制模塊相連；調(diào)制模塊包括：信號(hào)發(fā)生器、摻餌光纖放大器、聲光調(diào)制器和光環(huán)形器；解調(diào)和數(shù)據(jù)采集模塊包括：光橋、數(shù)據(jù)采集卡、兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器，其中：兩個(gè)并聯(lián)的平衡光電探測(cè)器的輸入端與光橋相連，輸出端分別與兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡相連；本發(fā)明結(jié)合光頻域反射計(jì)技術(shù)提取光信號(hào)的相位信息，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高靈敏度的振動(dòng)檢測(cè)。
【IPC分類】G01H9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105067103
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510545876
【發(fā)明人】何祖源, 樊昕昱, 劉慶文, 杜江兵, 馬麟, 汪帥
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日