光纖聲波探測系統技術方案

本實用新型專利技術提供了一種光纖聲波探測系統，屬于光纖傳感技術領域。所述系統包括功率輸出裝置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式傳感裝置、基于后向弱光纖光柵反射原理的第二分布式傳感裝置和第三分布式傳感裝置，所述第一分布式傳感裝置與第二分布式傳感裝置分別和功率輸出裝置連接，所述第一分布式傳感裝置與第二分布式傳感裝置分別和第三分布式傳感裝置連接。相對于現有技術，采用第一分布式傳感裝置中后向瑞利散射信號和第二分布式傳感裝置中后向弱光纖光柵反射信號互相結合的方案，極大提高了探測系統的信號對比度和靈敏度，通過第三分布式傳感裝置顯著拓寬了探測系統的探測帶寬。

Optical fiber acoustic wave detecting system

The utility model provides an optical fiber acoustic wave detecting system, which belongs to the field of optical fiber sensing technology. The system comprises a power output device, based on backward first distributed sensing device, based on the principle of Rayleigh scattering to second distributed sensing device and the third device weak distributed sensing fiber grating reflection principle, the first distributed sensing device and the second device are respectively distributed sensing and power output device connected to the first device and distributed sensing second and third respectively distributed sensing device of distributed sensing device is connected with. Compared with the prior art, the first distributed sensing device after the reflection signal to the Rayleigh scattering signal and second distributed sensing device to weak grating combination scheme, which greatly improves the detection system of the signal contrast and sensitivity by third distributed sensing device significantly broaden the bandwidth of detection detection system.

【技術實現步驟摘要】
光纖聲波探測系統
本技術涉及光纖傳感
，具體而言，涉及一種光纖聲波探測系統。
技術介紹
光纖分布式聲波檢測技術是目前最前沿的光纖聲場還原技術，它把被測聲波作為光纖長度的函數，可以在整個光纖長度上對沿光纖幾何路徑分布的聲波信息進行連續的測量，為工業和研究領域提供了同時獲得被測物理參量的空間分布狀態和隨時間變化信息的手段，在智能飛行器、智能橋梁、高速公路、重要建筑、煤氣管道監測以及光纜監測等領域獲得了廣泛的應用。目前光纖分布式聲波傳感技術包括光纖光柵準分布式傳感技術和光時域反射技術。光纖光柵準分布式傳感技術利用光纖光柵的反射作用實現對聲波的分布式監測，并且主要是利用光纖光柵的波長變化信息，但傳統的串接式光纖光柵的容量和復用率低。光時域反射技術主要是利用光纖在聲波擾動作用下產生的瑞利、布里淵等效應進行測量，但散射后的信號能量很弱，使得檢測距離、空間分辨率等技術指標較低。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種光纖聲波探測系統，以有效改善上述問題。為了實現上述目的，本技術采用的技術方案如下：第一方面，本技術實施例提供了一種光纖聲波探測系統，其包括功率輸出裝置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式傳感裝置、基于后向弱光纖光柵反射原理的第二分布式傳感裝置和第三分布式傳感裝置，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述功率輸出裝置連接，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第三分布式傳感裝置連接，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一分布式傳感裝置部分返回形成后向瑞利散射信號并由所述第一分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第一正向脈沖信號，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二分布式傳感裝置部分返回形成后向弱光纖光柵反射信號并由所述第二分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第二正向脈沖信號，所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號經過所述第三分布式傳感裝置形成第三探測信號，所述第三探測信號由所述第三分布式傳感裝置輸出。在本技術較佳的實施例中，所述功率輸出裝置包括激光器、聲光調制器、第一光放大器、第一光濾波器和第一耦合器，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器輸出的光信號依次經過所述聲光調制器和所述第一光放大器，通過所述第一耦合器分別輸出至所述第一分布式傳感裝置和所述第二分布式傳感裝置。在本技術較佳的實施例中，所述第一分布式傳感裝置包括第一探測光纖、第一環形器、第二光放大器和第一光電探測器，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一環形器進入所述第一探測光纖并部分返回形成所述后向瑞利散射信號、部分通過形成所述第一正向脈沖信號，所述后向瑞利散射信號依次經過所述第一環形器和所述第二光放大器，被所述第一光電探測器接收并輸出，所述第一正向脈沖信號輸出至所述第三分布式傳感裝置。在本技術較佳的實施例中，所述第二分布式傳感裝置包括第二探測光纖、第二環形器、第二光濾波器和第二光電探測器，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二環形器進入所述第二探測光纖并部分返回形成所述后向弱光纖光柵反射信號、部分通過形成所述第二正向脈沖信號，所述后向弱光纖光柵反射信號依次經過所述第二環形器和所述第二光濾波器，被所述第二光電探測器接收并輸出，所述第二正向脈沖信號輸出至所述第三分布式傳感裝置。在本技術較佳的實施例中，所述第三分布式傳感裝置包括第二耦合器、第三光濾波器、第三環形器、光纖干涉裝置和光電探測裝置，所述第一分布式傳感裝置和所述第二分布式傳感裝置分別和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式傳感裝置輸出的所述第一正向脈沖信號和由所述第二分布式傳感裝置輸出的所述第二正向脈沖信號通過所述第二耦合器依次經過所述第二光濾波器、所述第三環形器，進入所述光纖干涉裝置部分返回形成所述第三探測信號，所述第三探測信號被所述光電探測裝置接收并輸出。在本技術較佳的實施例中，所述光纖干涉裝置包括3×3耦合器、第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡，所述光電探測裝置包括第三光電探測器、第四光電探測器和第五光電探測器，經過所述第三環形器的所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號進入所述3×3耦合器，部分由所述3×3耦合器輸出經所述第一法拉第旋轉鏡反射回到所述3×3耦合器內，部分由所述3×3耦合器輸出經所述第二法拉第旋轉鏡反射回到所述3×3耦合器內，在所述3×3耦合器內形成所述第三探測信號，所述第三探測信號經所述3×3耦合器輸出，部分經過所述第三環形器被所述第三光電探測器接收并輸出，部分被所述第四光電探測器接收并輸出，部分被所述第五光電探測器接收并輸出。在本技術較佳的實施例中，所述光纖干涉裝置包括2×2耦合器、第三法拉第旋轉鏡、第四法拉第旋轉鏡和相位調制器，所述光電探測裝置包括第六光電探測器，經過所述第三環形器的所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號進入所述2×2耦合器，部分由所述2×2耦合器輸出經所述第三法拉第旋轉鏡反射回到所述2×2耦合器內，部分由所述2×2耦合器輸出經所述相位調制器被所述第四法拉第旋轉鏡反射，再經所述相位調制器回到所述2×2耦合器內，在所述2×2耦合器內形成所述第三探測信號，所述第三探測信號經所述2×2耦合器輸出，被所述第六光電探測器接收并輸出。在本技術較佳的實施例中，所述第一探測光纖為單模光纖。在本技術較佳的實施例中，所述第二探測光纖為包含至少一個弱光纖光柵的單模光纖。第二方面，本技術實施例還提供了一種光纖聲波探測系統，其包括功率輸出裝置、第一分布式傳感裝置、第二分布式傳感裝置、第三分布式傳感裝置和光纖信號解調系統，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述功率輸出裝置連接，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第三分布式傳感裝置連接，所述第一分布式傳感裝置、所述第二分布式傳感裝置和所述第三分布式傳感裝置分別和所述光纖信號解調系統連接，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一分布式傳感裝置部分返回形成后向瑞利散射信號并由所述第一分布式傳感裝置輸出至所述光纖信號解調系統、部分通過形成第一正向脈沖信號，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二分布式傳感裝置部分返回形成后向弱光纖光柵反射信號并由所述第二分布式傳感裝置輸出至所述光纖信號解調系統、部分通過形成第二正向脈沖信號，所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號經過所述第三分布式傳感裝置形成第三探測信號，所述第三探測信號由所述第三分布式傳感裝置輸出至所述光纖信號解調系統。本技術實施例提供的光纖聲波探測系統，通過第一分布式傳感裝置獲取攜帶被測空間內聲波位置信息的后向瑞利散射信號即后向瑞利散射信號，通過第二分布式傳感裝置獲取攜帶被測空間內特定位置的光強信息和聲波相位信息的后向弱光柵反射信號即后向弱光纖光柵反射信號，再將光纖信號解調系統獲取的后向瑞利散射信號和后向弱光纖光柵反射信號采用歸一化解調的方案，極大的提高了整個光纖聲波探測系統的信號對比度和靈敏度。同時通過第三分布式傳感裝置，將從第一分布式傳感裝置出射的第一正向脈沖信號和從第二分布式傳感裝置出射的第二正向脈沖信號采用被動相位解調方案，顯著拓寬了系統的探測帶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖聲波探測系統，其特征在于，包括功率輸出裝置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式傳感裝置、基于后向弱光纖光柵反射原理的第二分布式傳感裝置和第三分布式傳感裝置，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述功率輸出裝置連接，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第三分布式傳感裝置連接，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一分布式傳感裝置部分返回形成后向瑞利散射信號并由所述第一分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第一正向脈沖信號，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二分布式傳感裝置部分返回形成后向弱光纖光柵反射信號并由所述第二分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第二正向脈沖信號，所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號經過所述第三分布式傳感裝置形成第三探測信號，所述第三探測信號由所述第三分布式傳感裝置輸出。

【技術特征摘要】
1.一種光纖聲波探測系統，其特征在于，包括功率輸出裝置、基于后向瑞利散射原理的第一分布式傳感裝置、基于后向弱光纖光柵反射原理的第二分布式傳感裝置和第三分布式傳感裝置，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述功率輸出裝置連接，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第三分布式傳感裝置連接，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一分布式傳感裝置部分返回形成后向瑞利散射信號并由所述第一分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第一正向脈沖信號，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二分布式傳感裝置部分返回形成后向弱光纖光柵反射信號并由所述第二分布式傳感裝置輸出、部分通過形成第二正向脈沖信號，所述第一正向脈沖信號和所述第二正向脈沖信號經過所述第三分布式傳感裝置形成第三探測信號，所述第三探測信號由所述第三分布式傳感裝置輸出。2.根據權利要求1所述的光纖聲波探測系統，其特征在于，所述功率輸出裝置包括激光器、聲光調制器、第一光放大器、第一光濾波器和第一耦合器，所述第一分布式傳感裝置與所述第二分布式傳感裝置分別和所述第一耦合器光耦合，由所述激光器輸出的光信號依次經過所述聲光調制器和所述第一光放大器，通過所述第一耦合器分別輸出至所述第一分布式傳感裝置和所述第二分布式傳感裝置。3.根據權利要求1所述的光纖聲波探測系統，其特征在于，所述第一分布式傳感裝置包括第一探測光纖、第一環形器、第二光放大器和第一光電探測器，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第一環形器進入所述第一探測光纖并部分返回形成所述后向瑞利散射信號、部分通過形成所述第一正向脈沖信號，所述后向瑞利散射信號依次經過所述第一環形器和所述第二光放大器，被所述第一光電探測器接收并輸出，所述第一正向脈沖信號輸出至所述第三分布式傳感裝置。4.根據權利要求1所述的光纖聲波探測系統，其特征在于，所述第二分布式傳感裝置包括第二探測光纖、第二環形器、第二光濾波器和第二光電探測器，由所述功率輸出裝置輸出的脈沖信號經過所述第二環形器進入所述第二探測光纖并部分返回形成所述后向弱光纖光柵反射信號、部分通過形成所述第二正向脈沖信號，所述后向弱光纖光柵反射信號依次經過所述第二環形器和所述第二光濾波器，被所述第二光電探測器接收并輸出，所述第二正向脈沖信號輸出至所述第三分布式傳感裝置。5.根據權利要求1所述的光纖聲波探測系統，其特征在于，所述第三分布式傳感裝置包括第二耦合器、第三光濾波器、第三環形器、光纖干涉裝置和光電探測裝置，所述第一分布式傳感裝置和所述第二分布式傳感裝置分別和所述第二耦合器光耦合，由所述第一分布式傳感裝置輸出的所述第一正向脈沖信號和由所述第二分布式傳感裝置輸出的所述第二正向脈沖信號通過所述第二耦合器依次經過所述第三光濾波器、所述第三環形器，進入所述光纖干涉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王晨，尚盈，劉小會，趙文安，馬龍，李常，曹冰，倪家升，王昌，
申請(專利權)人：山東省科學院激光研究所，
類型：新型
國別省市：山東,37