CN115290176B 基于低相干光源的准分布式振动传感系统及方法 （上海交通大学）

基于低相干光源的准分布式振动传感系统本发明提供了一种基于低相干光源的准分的光信号经过所述非平衡马赫增德尔干涉仪单信号处理单元采集所述光电探测器输出的电压信号解调同一反射点反射的CW光与CCW光产生的2所述低相干光源发出的光信号经过所述非平衡马赫增德尔干涉仪单元达到弱反射点单元采集所述光电探测器输出的电压信号解调同一反射点反射的CW光与CCW光产生的干涉模块M1：所述信号处理单元采集所述光电探测器输出的电信号I(t模块M4：将相邻反射点提取出的峰值位置处的相位信号进行差分vib表示线性扫频信号的重复周期；τ表示当前准分布式振动传感系统延时i-1,i表示反射点Li-1与Li之间的光纤长度。3ppCCW光经过弱反射点阵列反射后经过声光调制器，此时声光调制器的驱动信号为单频信号发生器周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号的组合驱动所述声光调制器时，模块N1：所述信号处理单元采集所述光电探测器输出的电信号I(t)在数字域上与匹配滤波器u(_t)进行卷积；匹配滤波器表达式模块N2：将反射点位置与经匹配滤波后的时域信号的时间一一对应，对应关系为：周期内的信号重复触发模块N1至模块N4，利用得到的差分后的相位信号△θi(t)计算应变a_Lb)/v。低相干光源发出的光信号经过非平衡马赫增德尔干涉仪单的电压信号解调同一反射点反射的CW光与CCW光产生的干涉信号的相位信息输出外界振动还包括电信号发生器，所述电信号发生器产生周期性线性扫产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号组合驱动所述声光调制器，给CW光与CCW光施加调4vib表示线性扫频信号的重复周期；τ表示当前准分布式振动传感系统延时i_1,i表示反射点Li_1与Li之间的光纤长度；在每个探测周期内，电信号发生器先后产生线性扫频脉冲信CCW光经过弱反射点阵列反射后经过声光调制器，此时声光调制器的驱动信号为单频当电信号发生器周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号的组合驱动所述声光信号I(t)在数字域上与匹配滤波器u(_t)进行卷积；匹配滤波器表达式步骤S22：将反射点位置与经匹配滤波后的时域信号的时间一一对应，对应关系为：对每个周期内的信号重复触发步骤S21至步骤S24，利用得到的差分后的相位信号△θi5a_Lb)/υ。6[0002]准分布式振动传感系统是一种利用光纤中的弱光纤光栅阵列或者弱反射点阵列[0006]所述低相干光源发出的光信号经过所述非平衡马赫增德尔干涉仪单元达到弱反处理单元采集所述光电探测器输出的电压信号解调同一反射点反射的CW光与CCW光产生的7或者周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号组合驱动所述声光调制器，给CW光与[0012]优选地，当电信号发生器产生周期性线性扫频脉冲信号[0014]模块M2：将反射点位置与傅里叶变换后的频率信息一一对应，对应关系为i_1,i表示反射点Li_1与Li之间的光纤长度。pp[0021]CCW光经过弱反射点阵列反射后经过声光调制器，此时声光调制器的驱动信号为的电信号I(t)在数字域上与匹配滤波器u(_t)进行卷积；匹配滤波器表达式为u(t)＝rect8对每个周期内的信号重复触发模块N1至模块N4，利用得到的差分后的相位信号△θi(t)计[0030]低相干光源发出的光信号经过非平衡马赫增德尔干涉仪单元达到弱反射点阵列探测器输出的电压信号解调同一反射点反射的CW光与CCW光产生的干涉信号的相位信息输或者周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号组合驱动所述声光调制器，给CW光与[0037]步骤S12：将反射点位置与傅里叶变换后的频率信息一一对应，对应关系为i-1,i表示反射点Li-1与Li之间的光纤长度；9pp[0044]CCW光经过弱反射点阵列反射后经过声光调制器，此时声光调制器的驱动信号为[0045]当电信号发生器周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号的组合驱动所述的电信号I(t)在数字域上与匹配滤波器u(_t)进行卷积；匹配滤波器表达式为u(t)＝rect[0047]步骤S22：将反射点位置与经匹配滤波后的时域信号的时间一一对应，对应关系对每个周期内的信号重复触发步骤S21至步骤S24，利用得到的差分后的相位信号△θi(t)[0056]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、[0059]图3为实施例2中，对一次采集数据进行傅里叶变换，获取的前5个弱反射点的距射的两束光的干涉信号，通过干涉信号的相位变化检测施加至反射点阵列上的振动信号。点的CW光CCW光所产生的光的干涉信号相位将会变化。根据光弹效应，相位改变量为a0,-et-r)-e()l,其中ωc为光源的中心角频率，Li_1,i为第i_1个反射点由于第i个反射点后每一个反射点到反射点阵列起始端的光纤长度均发生改变，需要对相邻反射点提取出的相位进行差分。[0072]所述低相干光源发出的光信号经过所述非平衡马赫增德尔干涉仪单元达到弱反方向(CW)通过干涉仪的光与逆时针方向(CCW)通过干涉仪的光同时达到光电探测器并发生或者周期性产生线性扫频脉冲信号和单频脉冲信号组合驱动所述声光调制器，给CW光与为周期性线性扫频脉冲信号。在一个周期中，CW光与CCW光进入非平衡马赫增德尔干涉以[0080]具体地，当电信号发生器产生周期性线性扫频脉冲信号[0082]模块M2：将反射点位置与傅里叶变换后的频率信息一一对应，对应关系为i_1,i表示反射点Li_1与Li之间的光纤长度。次经过非平衡马赫曾德尔干涉仪进入光电探测器。CCW光经过弱反射点阵列反射后进过声的电信号I(t)在数字域上与匹配滤波器u(_t)进行卷积；匹配滤波器表达式为u(t)＝rect对每个周期内的信号重复触发模块N1至模块N4，利用得到的差分后的相位信号△θi(t)计a_Lb)/υ。述基于低相干光源的准分布式振动传感方法理解为基于低相干光源的准分布式振动传感[0097]本发明整体解决了现有分布式与准分布式声波传感系统中需要使用高相干激光[0100]如图1所示，为本实施例涉及一种实现上述方法的基于低相干光源的准分布式声d端口进入非平衡杆干涉仪结构。通过第一耦合器b端口的光信号经过声光调制器3与延时后通过第二耦合器6的c端口及偏振控制器8，通过第一耦合器2的c端口进入光电探测器9，形成顺时针方向传输的光信号；通过第一耦合器d端口的光信号沿着反方向通过非平衡干LatLb+2biQ0,ΔL为CW光与CCW光到达第i个反射点时，反射点位置的改变量，其中τ=[0108]所述的第一光纤耦合器为50:50光纤耦合器，第二光纤耦合器为50:50光纤耦合时域上对准。此时电信号发生器产生的信号为频率从150MHz到250MHz的线性扫频脉冲信到的Δθi(t)在时域上进行积分后乘上系统对振动的采样间隔τvib与τ的比值，具体为：道在1kHz处的应变精度，可以读出测前十个通道精度为50pe/VT。[0118]本实施例对反射点定位的方式是将不同反射点的位置映射到拍频信号的不同频[0124]如图1所示，为本实施例二涉及一种实现上述方法的基于低相干光源的准分布式的CW光的电场信号为2nflt-ti+mxt-ti2,其中ai为CW光在传输过程中的损耗，ri为第i个反射点的反射率，rect为矩形窗函数，其中fs为CCW光通过声光调制器时，于应变段光纤长度生变化，光通过该区域的时间也会发生变化，变化时间量为lt-ti-t(t-t)]+mrIt-ti-r(t-t)l-的τ(t)可以被忽略。第i个反射点的CW光与CCW光在光电探测器处产生的电流信号为：为其中为卷输出的光脉冲峰值功率设置为500mW，光源产生的光脉冲宽度为2us，脉冲发射间隔为[0129]所述的延时光纤长度为3.906km的普通单模光纤，此时CW与CCW的时延τ为[0130]所述的第一光纤耦合器为50:50光纤耦合器，第二光纤耦合器为50:50光纤耦合[0144]本领域技术人员知道，除了