本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于3×3耦合器的OFDR光纖傳感系統(tǒng)，包括可調(diào)諧激光源、50：50光纖耦合器、1：99光纖耦合器、光纖延遲器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、3×3光纖耦合器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及計算機；利用50：50光纖耦合器將來自己可調(diào)諧激光源的光均勻地分成兩臂，一路經(jīng)手臂A通過用作主干涉儀的1：99光纖耦合器和3×3光纖耦合器到達光電探測器，另一路經(jīng)手臂B到達3×3光纖耦合器；1：99光纖耦合器再分光經(jīng)公共參考臂C到達3×3光纖耦合器，兩路光在3×3光纖耦合器內(nèi)干涉形成輔助干涉儀拍頻信號用以糾正激光源非線性調(diào)諧效應(yīng)，而不需要額外搭建輔助干涉儀，降低了系統(tǒng)的總體成本。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光纖傳感，尤其涉及一種基于3×3耦合器的ofdr光纖傳感系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、光頻域反射儀(ofdr)是一種基于瑞利散射的分布式光纖傳感器，近年來，隨著ofdr系統(tǒng)性能的不斷提高已不再局限于應(yīng)變和溫度的測量，逐漸發(fā)展了可以對其他參數(shù)測量的能力，如形狀、畸變、振動等，因此衍生出許多相對新穎的應(yīng)用，比如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、放電源定位、磁場檢測、輻射監(jiān)測以及醫(yī)療領(lǐng)域。
2、在早期的ofdr模型中，通常認為可調(diào)諧激光器的頻率轉(zhuǎn)換過程是線性的，即測量臂的反向瑞利散射光與參考臂產(chǎn)生的拍頻信號忽略相位抖動；然而，在實際應(yīng)用中，可協(xié)調(diào)光源的調(diào)頻過程并不是完全線性的，在工作過程中調(diào)諧速度會隨時間變化，因此瞬時光頻輸出不再隨時間線性變化；在這種情況下，雖然ofdr拍頻信號的時間間隔相等，但是光頻率間隔不相等；同時，后期信號處理中傅里葉變換所需的信號是以等光頻間隔的離散信號，如果直接通過傅里葉變換到距離域，則反射峰信號在距離域的幅度會降低，也就是能量擴散，最終降低ofdr系統(tǒng)的空間分辨率，因此補償光源的非線性調(diào)諧效應(yīng)對ofdr系統(tǒng)十分重要。
3、目前，解決ofdr系統(tǒng)非線性調(diào)諧效應(yīng)的主要方式是通過搭建輔助干涉儀輸出拍頻信號作為采集卡的觸發(fā)參考，使主干涉儀的拍頻信號以等光頻間隔采樣，從而補償光源的非線性調(diào)諧效應(yīng)或通過輔助干涉儀的拍頻信號估計本振參考光的非線性相位，然后利用去斜濾波器補償主干涉儀拍頻信號中的非線性相位；但是這些ofdr系統(tǒng)中的非線性調(diào)諧補償方法都需要額外的輔助干涉儀，這使得系統(tǒng)更加復(fù)雜和昂貴。
/>技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提供一種基于3×3耦合器的ofdr光纖傳感系統(tǒng)，有效解決現(xiàn)有技術(shù)中ofdr系統(tǒng)產(chǎn)生的非線性調(diào)諧效應(yīng)并降低系統(tǒng)總體成本，精簡系統(tǒng)配置。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)一種基于3×3耦合器的ofdr光纖傳感系統(tǒng)，包括可調(diào)諧激光源、50：50光纖耦合器、1：99光纖耦合器、光纖延遲器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、3×3光纖耦合器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及計算機，包括以下步驟：
3、步驟1、通過所述可調(diào)諧激光源獲得掃頻非線性的連續(xù)光；
4、步驟2、利用所述50：50光纖耦合器將來自可調(diào)諧激光源的光均勻地分成兩臂，一路通過手臂a發(fā)射至1：99光纖耦合器，一路通過手臂b發(fā)射至3×3光纖耦合器；
5、步驟3、利用所述1：99光纖耦合器再將光分成兩路，一路通過手臂c發(fā)射至3×3光纖耦合器，一路通過手臂d發(fā)射至光纖延遲器；
6、步驟4、調(diào)節(jié)所述光纖延遲器在3×3光纖耦合器中先后生成的主拍頻信號和參考的拍頻信號；
7、步驟5、通過所述光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機對兩個拍頻信號進行處理。
8、優(yōu)選地，在手臂a上，一路從所述50：50光纖耦合器分出的光通過1：99光纖耦合器和3×3光纖耦合器到達光電探測器，另一路光通過手臂b被用作輔助干涉儀的參考信號，可以表示為：
9、
10、其中，ed表示電場振幅，表示時變相位分量；
11、公共參考臂c通過所述1：99光纖耦合器分光得到，所述公共參考臂c的電場表達式為：
12、
13、其中，er表示電場振幅，τ表示時間延遲量；
14、經(jīng)過所述手臂b、手臂c的兩路光在3×3光纖耦合器內(nèi)干涉，形成輔助干涉儀拍頻信號i(t)a：
15、
16、其中，ir和id表示光強，利用泰勒展開和忽略高階項，所述輔助干涉儀拍頻信號可以表示為：
17、
18、其中，表示時間延遲，表示激光器的非線性調(diào)諧失真項；
19、優(yōu)選地，所述傳感光纖的15m處添加一個振動信號，產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號在3×3光纖耦合器內(nèi)干涉形成主拍頻信號。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
21、1、本專利技術(shù)利用光纖延遲器可以再時間上將3×3光纖耦合器中的輔助拍頻信號和主拍頻信號區(qū)分開以避免交叉干擾，有利于后續(xù)信號處理；
22、2、本專利技術(shù)使用的1：99光纖耦合器公共參考臂所分到的能量更大，有利于在兩個不同的干涉效應(yīng)中形成主導(dǎo)作用，并生成所需的主拍頻信號和輔助拍頻信號；
23、3、本專利技術(shù)提供的ofdr光纖傳感系統(tǒng)消除了對額外檢測設(shè)備和采集通道的需求，降低了系統(tǒng)的總成本，減少了數(shù)據(jù)采集時間和計算負荷，使得系統(tǒng)配置更簡單。
本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于3×3耦合器的OFDR光纖傳感系統(tǒng)，包括可調(diào)諧激光源、50：50光纖耦合器、1：99光纖耦合器、光纖延遲器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、3×3光纖耦合器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及計算機，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3×3耦合器的OFDR光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，在手臂A上，一路從所述50：50光纖耦合器分出的光通過1：99光纖耦合器和3×3光纖耦合器到達光電探測器，另一路光通過手臂B被用作輔助干涉儀的參考信號，可以表示為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于3×3耦合器的OFDR光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光纖的15m處添加一個振動信號，產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號在3×3光纖耦合器內(nèi)干涉形成主拍頻信號。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于3×3耦合器的ofdr光纖傳感系統(tǒng)，包括可調(diào)諧激光源、50：50光纖耦合器、1：99光纖耦合器、光纖延遲器、光纖環(huán)形器、傳感光纖、3×3光纖耦合器、光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡以及計算機，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3×3耦合器的ofdr光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，在手臂a上，一路從所述5...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：錢心磊，王逸凡，張昊，何艾玲，
申請(專利權(quán))人：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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