基于Sagnac干涉的長距離光纖振動檢測裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于Sagnac干涉的長距離光纖振動檢測裝置，包括光源、光電探測器、光環(huán)行器、2×2耦合器和光纖延時纖；所述光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2×2耦合器，在2×2耦合器處光信號分成兩路：一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2×2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2×2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖一圈，回到2×2耦合器；光信號在2×2耦合器處發(fā)生干涉，干涉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。本發(fā)明的單端Sagnac干涉的光纖光路與傳統(tǒng)的單端干涉光路相比，插損減少了約5dB。
【專利說明】基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測試【技術領域】，特別涉及一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置，還涉及一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的單端光纖Sagnac干渉光路，很實現(xiàn)到長距離檢測，主要原因有:(I)最終產(chǎn)生干渉的信號是激光在光纖末端端面的菲涅爾反射產(chǎn)生的，這使得干渉光非常微弱；(2)在傳統(tǒng)的單端光纖Sagnac干渉光路中，激光要來回三次經(jīng)過3X 3的耦合器，毎次光信號衰減5dB，由耦合器產(chǎn)生的光信號衰減就達到了 15dB，導致干渉信號強度再次產(chǎn)生大的衰減。
[0003]如圖1所示，傳統(tǒng)的單端光纖Sagnac干渉光路中，通過3X3的耦合器11及光纖延時纖9形成干渉光路，當有振動產(chǎn)生時，光的相位變化，由干涉將這種變化轉換成光強的變化，所以只要檢測光強就可以檢測光纖是否振動。
[0004]光源7產(chǎn)生的連續(xù)光從第二端ロ 2進入3X3的耦合器11，光分成2路，第一路經(jīng)第四端ロ 4一第一端ロ I一第五端ロ 5,進入待測光纖10,在光纖末端發(fā)生菲涅爾反射,反射光經(jīng)第五端ロ 5進入3X3的耦合器11 ;第二路直接經(jīng)第五端ロ 5進入待測光纖10，在光纖末端發(fā)生菲涅爾反射，反射光經(jīng)第五端ロ 5進入3 X 3耦合器11，經(jīng)第一端ロ I一第四端ロ 4再次進入3X3耦合器11 ;第六端ロ 6的光損耗棹。這兩路光由同一束光按光強1:1比例分成，光程差為0，在3 X 3耦合器11處發(fā)生干渉，干涉光經(jīng)第三端ロ 3進入光電探測器8。
[0005]當有光纖發(fā)生振動時，引起光的相位發(fā)生變化，而兩路光由于光行進的路徑不同，其產(chǎn)生相位變化的時差有區(qū)別，因此在3X3耦合器11處發(fā)生干涉時，兩路光的相位變化是不同的。在3X3耦合器11處光的相位變化轉換成光的強度變化，在光電探測器8處轉換成電信號的強度變化。
[0006]單端光纖Sagnac干渉光路的主要光器件是3 X 3耦合器11，而光經(jīng)過3 X 3耦合器會產(chǎn)生5dB的衰減，由上面的光路分析知:激光器發(fā)出的連續(xù)光信號要來回三次經(jīng)過3X3耦合器，這樣由耦合器產(chǎn)生的光信號衰減就達到了 15dB。發(fā)生干渉的光信號是光信號經(jīng)光纖末端的端面菲涅爾反射產(chǎn)生的，菲涅爾反射的強度只有原反射光強度的4%，干渉信號光強很弱。因此光纖的基于Sagnac干渉的光纖振動檢測裝置很難達到長距離檢測，大大限制了此光路的實用化進程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置和方法，解決了現(xiàn)有的單端光纖Sagnac干渉光路長距離檢測中干渉光損耗大的問題。
[0008]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0009]一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置，包括光源、光電探測器、光環(huán)行器、2X2耦合器和光纖延時纖；
[0010]所述光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2X2耦合器，在2X2耦合器處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2X2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖ー圏，回到2X2耦合器；
[0011]光信號在2X2耦合器處發(fā)生干渉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。
[0012]本發(fā)明還提出了一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測方法，包括以下步驟:光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2 X 2耦合器，在2 X 2耦合器處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2X2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖一圏，回到2X 2耦合器；光信號在2X 2耦合器處發(fā)生干渉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014](I)單端Sagnac干涉的光纖光路與傳統(tǒng)的單端干涉光路相比，插損減少了約5dB ；
[0015](2)在相同的條件下，只通過光路的改善就可以使得基于單端光纖Sagnac干渉的設備在探測振動信號時的探測距離長了 3倍，大大推動了此設備在長距離振動信號檢測中的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為傳統(tǒng)的單端光纖Sagnac干涉光路的結構示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]在實現(xiàn)滿足單端光纖Sagnac干渉的前提下，現(xiàn)有光路干渉信號很弱的原因主要來自于3X3耦合器的插損，由于干涉光路需要激光器發(fā)出的連續(xù)光信號來回三次經(jīng)過3X3耦合器，產(chǎn)生15dB衰減，這對本來就很弱的干渉光信號是個很大的插損，也大大限制了長距離檢測中Sagnac干渉的光纖振動檢測裝置的應用。
[0021]本發(fā)明從光路方面解決長距離檢測中干渉光損耗大的問題，拋棄傳統(tǒng)單端光纖Sagnac干渉光路，通過低損耗器件光環(huán)性器的引入，在滿足單端檢測的前提下，實現(xiàn)基于Sagnac的單端光纖干涉光路對與振動信號的長距離檢測。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明的基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置，包括光源7、光電探測器8、光環(huán)行器26、2X2稱合器25和光纖延時纖9。[0023]光源7發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器26,進入2X2 f禹合器25,在此處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖9進入待測光纖10，圖2中光信號A的傳輸路徑為端ロ 21 — 23 — 22 — 24，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2X2耦合器25 ;另一路光信號B，直接進入待測光纖，圖2中光信號B的傳輸路徑為端ロ 21 — 24，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X2耦合器25，進入光纖延時纖9，經(jīng)光纖延時纖9 ー圈，回到2X2耦合器25，圖2中光信號B的傳輸路徑為端ロ 24 — 22 — 23。這樣在2X2耦合器25處的兩路光信號光程完全相同，相位完全相同，是嚴格的相干光。因此，光信號在2X2稱合器25處發(fā)生干涉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器26被光電探測器8感測。當在待測光纖10上有振動產(chǎn)生時，光信號A和光信號B的相位分別發(fā)生變化，但對于兩路光信號而言，振動信號傳到2X2耦合器25的光程不同。由于干涉對于相位非常敏感，因此可以在2X 2耦合器25處通過干渉信號感測到振動。
[0024]本發(fā)明的單端光纖Sagnac干渉光路要來回三次經(jīng)過2X2耦合器25，毎次光信號衰減3dB，這樣由2X2耦合器產(chǎn)生的光信號衰減有9dB;激光信號要來回兩次經(jīng)過光環(huán)形器26到達光電探測器8，毎次光信號衰減0.6dB，這樣由光環(huán)形器26產(chǎn)生的光信號衰減有
1.2dB。因此，新型的單端光纖Sagnac干渉光路因光路中光耦合器和光環(huán)形器，產(chǎn)生的光損耗為10.2dB,比傳統(tǒng)的Sagnac干涉光路插損少了 4.8dB。
[0025]本發(fā)明還提出了一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測方法，該方法具體包括以下步驟:光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2X 2耦合器，在2X 2耦合器處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2 X 2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖ー圏，回到2X2耦合器；光信號在2X2耦合器處發(fā)生干渉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。
[0026]本發(fā)明提出的基于Sagnac干涉的長距離光纖振動檢測裝置和方法,單端Sagnac干渉的光纖光路與傳統(tǒng)的單端干渉光路相比，插損減少了約5dB。在相同的條件下，只通過光路的改善就可以使得基于單端光纖Sagnac干渉的設備在探測振動信號時的探測距離長了 3倍，大大推動了此設備在長距離振動信號檢測中的應用。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測裝置，其特征在于，包括光源、光電探測器、光環(huán)行器、2X2耦合器和光纖延時纖； 所述光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2X2耦合器，在2X2耦合器處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2X2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X 2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖一圏，回到2X 2耦合器； 光信號在2X2耦合器處發(fā)生干渉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。
2.一種基于Sagnac干渉的長距離光纖振動檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 光源發(fā)出的激光信號經(jīng)過光環(huán)行器，進入2 X 2耦合器，在2 X 2耦合器處光信號分成兩路:一路光信號A，經(jīng)過光纖延時纖進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，進入2X2耦合器；另一路光信號B，直接進入待測光纖，末端返回的菲涅爾反射光信號，經(jīng)2X2耦合器，進入光纖延時纖，經(jīng)光纖延時纖一圏，回到2X 2耦合器；光信號在2X 2耦合器處發(fā)生干渉，干渉信號經(jīng)過光環(huán)形器被光電探測器感測。
【文檔編號】G01H9/00GK103528666SQ201310470928
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】汪磊, 李寶瑞, 魏石磊, 楊玥暄, 徐玉華 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所