太阳城集团

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基于正交偏振控制的分布式振动传感系统及方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201210060029.X

申请日:

2012.03.07

公开号:

CN102538945B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322518112IPC(主分类):G01H 9/00专利申请号:201210060029X申请日:20120307|||公开
IPC分类号: G01H9/00 主分类号: G01H9/00
申请人: 杭州安远科技有限公司
发明人: 林彦国
地址: 310052 浙江省杭州市滨江区长河街道长河路351号1号楼5层
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210060029.X

授权太阳城集团号:

太阳城集团102538945B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于正交偏振控制的分布式振动传感系统,属于分布式光纤振动传感领域,该系统包括光源、偏振控制器、光调制器、耦合器、光电接收部分、数据处理与控制部分。其主要技术特征为:光源发出窄线宽连续线偏振光,经耦合器分为两束,偏振控制器(PC)分别控制两路线偏振光的偏振态,使其按一定周期改变,且两路光的偏振态正交。此正交偏振光经过耦合器注入传感光纤内,其后向散射光经光电接收部分接收,送入数据处理与控制部分。该发明较好的解决了分布式振动传感器由于偏振衰落而导致的信号不稳定、灵敏度起伏较大等技术难题。

权利要求书

1.基于正交偏振控制的分布式振动传感系统,包括光源、传感光纤以及探
测器;其特征在于:所述传感系统进一步包括:
第一耦合器,所述第一耦合器用于将所述光源发出的光耦合进第一光路和
第二光路;
第一偏振控制器,所述第一偏振器设置在所述第一光路上;
第二偏振控制器,所述第二偏振器设置在所述第二光路上;
控制模块,所述控制模块用于使通过所述第一偏振控制器的光与通过所述
第二偏振控制器的光的偏振方向正交;
第二耦合器,所述第二耦合器用于将第一光路、第二光路上的光耦合进所
述传感光纤,并将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器;
信号处理模块,所述信号处理模块处理所述探测器传送来的电信号,从而
获知所述传感光纤感知的外界振动太阳城集团。
2.根据权利要求1所述的传感系统,其特征在于:所述光源为脉冲光源。
3.根据权利要求1所述的传感系统,其特征在于:所述传感系统进一步包
括:
光调制器,所述光调制器用于使连续光调制为脉冲光;
所述第二耦合器进一步包括:
第三耦合器,所述第三耦合器用于将所述第一光路、第二光路上的光耦合
进所述光调制器;
第四耦合器,所述第四耦合器用于将通过所述光调制器的脉冲光耦合进所
述传感光纤,且将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器;
所述光源为连续光源。
4.根据权利要求3所述的传感系统,其特征在于:所述光调制器为电-光或
声-光调制器。
5.根据权利要求1-4任一所述的传感系统,其特征在于:所述光源为激光
器。
6.基于正交偏振控制的分布式振动传感方法,所述传感方法包括以下步骤:
(A1)光源发出的光被耦合进第一光路和第二光路;
(A2)调整第一光路和第二光路上的光的偏振方向,使得偏振方向正交;
(A3)将偏振方向正交的两路光耦合进感知外界振动的传感光纤,传感光
纤上的散射光被耦合进探测器;
(A4)探测器将所述散射光转换为电信号,并传送到信号处理模块;
(A5)信号处理模块处理所述电信号,从而获知所述传感光纤感知的外界
振动。
7.根据权利要求6所述的传感方法,其特征在于:所述光源发出的光为脉
冲光。
8.根据权利要求6所述的传感方法,其特征在于:所述步骤(A3)进一步
包括如下步骤:
(B1)将偏振方向正交的两路光耦合进光调制器,光被调制为脉冲光;
(B2)从所述光调制器出来的光被耦合进所述传感光纤,并将所述传感光
纤上的散射光耦合进所述探测器;
所述光源发出的光为连续光。
9.根据权利要求8所述的传感方法,其特征在于:所述调制器为电-光或声
-光调制器。
10.根据权利要求6-9任一所述的传感方法,其特征在于:所述光源为激光
器。

说明书

基于正交偏振控制的分布式振动传感系统及方法

技术领域

本发明涉及到光纤振动传感领域,尤其涉及基于正交偏振控制的分布式振
动传感系统及方法。

背景技术

分布式光纤传感器(DOFS)除了具有无辐射干扰、抗干扰性好、化学稳定
性好等优点,还可以在光纤沿途上同时得到被测量量在太阳城集团和空间的太阳城集团。光
纤分布式测量技术原理主要有两大类:干涉技术和OTDR技术。干涉技术主要
有Sagnac式干涉技术、M-Z干涉技术、Michelson干涉技术。可实现分布式测
量的主要有前两种。OTDR种类比较丰富,原理主要基于Rayleigh散射、Brillouin
散射、Raman散射、偏振态变化等。除了普通的OTDR外,还有ROTDR、
BOTDR/BOTDA、POTDR、Φ-OTDR等。在以上的测量方法中,Φ-OTDR通过
测量后向Rayleigh散射的相位变化,而同时具有了干涉技术的灵敏度高和OTDR
技术中的定位精度高等优点,因此在安全防护技术中成为一种有竞争力的选择。
基于超窄带宽光源的Φ-OTDR技术具有检测灵敏度高、系统信号处理简单、测
量速度快、定位准确、测量距离较长、信噪比高、成本低等优点,但由于相干
Rayleigh散射信号的偏振相关性,在长距离Φ-OTDR系统中会出现偏振衰落现
象,距离越长此偏振衰落影响就越严重,会严重影响Φ-OTDR系统的探测性能。
但是目前应用于Φ-OTDR系统的偏振控制技术非常少,也尚未见到能较好解决
此问题的方法,阻碍了Φ-OTDR系统的发展和应用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足,本发明提供一种能有效解决分布式干涉系统
固有的偏振衰落的基于正交偏振控制的分布式振动传感系统,以及应用上述传
感系统的传感方法。

本发明的目的是通过如下技术方案得以实现的:

基于正交偏振控制的分布式振动传感系统,包括光源、传感光纤以及探测
器;所述传感系统进一步包括:

第一耦合器,所述第一耦合器用于将所述光源发出的光耦合进第一光路和
第二光路;

第一偏振控制器,所述第一偏振器设置在所述第一光路上;

第二偏振控制器,所述第二偏振器设置在所述第二光路上;

控制模块,所述控制模块用于使通过所述第一偏振控制器的光与通过所述
第二偏振控制器的光的偏振方向正交;

第二耦合器,所述第二耦合器用于将第一光路、第二光路上的光耦合进所
述传感光纤,并将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器;

信号处理模块,所述信号处理模块处理所述探测器传送来的电信号,从而
获知所述传感光纤感知的外界振动太阳城集团。

根据上述的传感系统,优选地,所述光源为脉冲光源。

根据上述的传感系统,可选地,所述传感系统进一步包括:

光调制器,所述光调制器用于使连续光调制为脉冲光;

所述第二耦合器进一步包括:

第三耦合器,所述第三耦合器用于将所述第一光路、第二光路上的光耦合
进所述光调制器;

第四耦合器,所述第四耦合器用于将通过所述光调制器的脉冲光耦合进所
述传感光纤,且将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器;

所述光源为连续光源。

根据上述的传感系统,优选地,所述光调制器为电-光或声-光调制器。

根据上述的传感系统,优选地,所述光源为激光器。

本发明的目的还通过如下技术方案得以实现:

基于正交偏振控制的分布式振动传感方法,所述传感方法包括以下步骤:

(A1)光源发出的光被耦合进第一光路和第二光路;

(A2)调整第一光路和第二光路上的光的偏振方向,使得偏振方向正交;

(A3)将偏振方向正交的两路光耦合进感知外界振动的传感光纤,传感光
纤上的散射光被耦合进探测器;

(A4)探测器将所述散射光转换为电信号,并传送到信号处理模块;

(A5)信号处理模块处理所述电信号,从而获知所述传感光纤感知的外界
振动。

根据上述的传感方法,优选地,所述光源发出的光为脉冲光。

根据上述的传感方法,可选地,所述步骤(A3)进一步包括如下步骤:

(B1)将偏振方向正交的两路光耦合进光调制器,光被调制为脉冲光;

(B2)从所述光调制器出来的光被耦合进所述传感光纤,并将所述传感光
纤上的散射光耦合进所述探测器;

所述光源发出的光为连续光。

根据上述的传感方法,优选地,所述调制器为电-光或声-光调制器。

根据上述的传感方法,优选地,所述光源为激光器。

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

本发明采用正交偏振控制技术,通过两个偏振控制器对光源输出光进行偏
振控制,解决Φ-OTDR系统中固有的偏振衰落现象,为实现稳定可靠的Φ-OTDR
系统的研制生产提供了依据和参考。

附图说明

参照附图,本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解
的是:这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案,而并非意在对本发明的
保护范围构成限制。图中:

图1为本发明实施例1的分布式振动传感系统的基本结构图;

图2为本发明实施例1的分布式振动传感方法的流程图;

图3为本发明实施例2的分布式振动传感系统的基本结构图;

图4为本发明实施例2的分布式振动传感方法的流程图。

具体的实施方式

图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如
何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案,已简化或省略了一些常规方
面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范
围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的
多个变型。由此,本发明并不局限于下述可选实施方式,而仅由权利要求和它
们的等同物限定。

实施例1:

图1示意性地给出了本发明实施例的基于正交偏振控制的分布式振动传感
系统的基本结构图,如图1所示,所述传感系统包括光源(优选为脉冲光源)、
传感光纤以及探测器;所述传感系统进一步包括:

第一耦合器1,所述第一耦合器1用于将所述光源发出的光耦合进第一光路
和第二光路;

第一偏振控制器,所述第一偏振器设置在所述第一光路上;

第二偏振控制器,所述第二偏振器设置在所述第二光路上;

控制模块,所述控制模块用于使通过所述第一偏振控制器的光与通过所述
第二偏振控制器的光的偏振方向正交;

第二耦合器4,所述第二耦合器4用于将第一光路、第二光路上的光耦合进
所述传感光纤,并将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器;

信号处理模块,所述信号处理模块处理所述探测器传送来的电信号,从而
获知所述传感光纤感知的外界振动太阳城集团。

根据上述的传感系统,优选地,所述光源为激光器。

上述偏振控制器、耦合器、探测器、光调制器等各器件都是本领域的现有
技术,在此不再赘述。

图2示意性地给出了本发明实施例的基于正交偏振控制的分布式振动传感
方法的流程图,如图2所示,所述传感方法包括以下步骤:

(A1)光源(优选为脉冲光源)发出的光被耦合进第一光路和第二光路;

(A2)调整第一光路和第二光路上的光的偏振方向,使得偏振方向正交;

(A3)将偏振方向正交的两路光耦合进感知外界振动的传感光纤,传感光
纤上的散射光被耦合进探测器;

(A4)探测器将所述散射光转换为电信号,并传送到信号处理模块;

(A5)信号处理模块处理所述电信号,从而获知所述传感光纤感知的外界
振动。

根据上述的传感方法,优选地,所述调制器为电-光或声-光调制器。

根据上述的传感方法,优选地,所述光源为激光器。

根据本发明实施例1达到的益处在于:通过第一和第二偏振控制器的控制,
将注入传感光纤的脉冲光调制成偏振态相互正交的两部分光,使得后向散射信
号不至于由于偏振衰落而恰好消失,而是总能保持一定的强度。

实施例2:

图3示意性地给出了本发明实施例的基于正交偏振控制的分布式振动传感
系统的基本结构图,如图3所示,与实施例1不同的是:

1、光源为连续光源;

2、传感系统进一步包括:

光调制器,所述光调制器用于使连续光调制为脉冲光;优选地,所述光调
制器为电-光或声-光调制器;

所述第二耦合器进一步包括:

第三耦合器2,所述第三耦合器2用于将所述第一光路、第二光路上的光耦
合进所述光调制器;

第四耦合器3,所述第四耦合器3用于将通过所述光调制器的脉冲光耦合进
所述传感光纤,且将所述传感光纤中的散射光耦合进所述探测器。

图4示意性地给出了本发明实施例的基于正交偏振控制的分布式振动传感
方法的流程图,如图4所示与实施例1不同的是:

1、光源为连续光源;

2、步骤(A3)进一步包括如下步骤:

(B1)将偏振方向正交的两路光耦合进光调制器,光被调制为脉冲光;优
选地,所述光调制器为电-光或声-光调制器;

(B2)从所述光调制器出来的光被耦合进所述传感光纤,并将所述传感光
纤上的散射光耦合进所述探测器。

实施例3:

根据实施例2中的传感系统及方法在振动测量中的应用例。光源采用窄线
宽连续高功率激光器,具有极低的相位噪声和相对强度噪声。第一和第二偏振
控制器的调制速率大于1kHz。采用声光调制器(AOM),将连续光调制为脉冲
光。

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