高靈敏度雙光纖光纜傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字增強干涉光纖傳感技術，特別是一種高靈敏度雙光纖光纜傳感 器。
【背景技術】
[0002] 光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強，非侵入性，高靈敏度，容易實現對被測信號的 遠距離監控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與光纖系統連接等優勢。近年來，被廣泛 應用于天然氣、石油管道安全監測，橋梁裂紋監測，氣體濃度探測、邊界安防等領域。但是， 在一些要求高靈敏度探測能力的場合，例如聲音探測、微弱振動的探測等，光纖傳感器的靈 敏度和信噪比一直是其制約因素。因此，提高光纖傳感系統的靈敏度和信噪比是當務之急。
[0003] 自從1993年H. F. Taylor提出相位敏感光時域反射計（Phase sensitive optical time domain reflectometry,以下簡稱Phase-OTDR)以來，大大提高了光纖傳感的靈敏度， 具體參見【H. F. Taylor and E. E. Lee. Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing. U. S. Patent 5, 1993:194847]〇
[0004] Robert M. Payton等提出在Phase-OTDR中應用偽隨機序列對連續探測光進行 相位調制，并在接收端進行相關運算，解調出相位信息，提高了系統的靈敏度和信噪比 【Robert M. Payton. Natural fiber span reflectometer providing a spread virtual sensing array capability. U. S. Patent, US7268863]。
[0005] D. A. Shaddock等提出的數字增強干涉技術的概念，利用偽隨機碼的相關特性，能 夠有效的抑制雜散噪聲，具體參見【Daniel A. Shaddock, Digitally enhanced heterodyne interferometry. Optics letters 2〇〇7, 32 (22)，3355-3357·】
[0006] 但是，Phase-OTDR系統中利用的是瑞利散射光進行傳感，瑞利散射光的強度比較 低，對于提高系統的靈敏度和信噪比有很大限制。基于此，可以設法提取光纖中很強的反射 信號作為傳感信號，并與數字增強干涉技術結合，來提高系統的靈敏度。但是，光纖中不能 隨意添加反射點，有人考慮采用利用光纖連接頭的級聯作為反射點，并且用前面的連接頭 作為相鄰后面連接頭的參考點，來求出連接頭之間的相位信息。但是有些場合下，外部環境 不允許連接頭的接入，例如連接頭的體積的限制或者是一些工程施工的要求等。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于克服上述現有光纖傳感系統靈敏度低、信噪比差、傳感結構復 雜的不足，提出一種高靈敏度雙光纖光纜傳感器。采用雙光纖光纜作為傳感結構，光纜中的 兩根光纖外部環境一致，具有相同的相位信息。一根光纖作為參考支路，另一根作為傳感光 纖，結構簡單，傳感距離靈活，且可以利用現有的組網光纜，不需鋪設特殊的傳感結構。采集 的信號是光纖末端反射回來的信號，信號強度大，信噪比高。系統中采用數字增強干涉技 術，利用偽隨機碼的互相關特性，去除雜散噪聲的影響，接收端采用分偏振接收，減弱偏振 衰落的影響，提高了系統的信噪比。
[0008] 本發明的核心思想是：利用可編程邏輯器件產生偽隨機序列，偽隨機序列經過放 大器之后，用來驅動電光調制器，對窄線寬連續激光進行相位調制，偽隨機碼調制后光信號 注入到雙光纖光纜中，不同反射點處反射回來的光信號的到達接收端的時間不同，通過偏 振控制器的作用對不同偏振的反射光信號分別進行接收，利用偽隨機碼自相關系數為1，互 相關系數約為0的特點，將接收到的信號與經過特定延遲（與信號光到達欲測量點的往返 時間一致）的本地偽隨機碼進行相關運算，就可以得到感興趣的某點的反射信號，而其它 點的信號（包括噪聲）被抑制，相關運算之后的信號再經過相位解調，得到累加的相位信 息，再減去參考支路的參考信號，就能得到傳感光纖上的振動、聲音等傳感信號。由于傳感 中采用的是反射點的信號，以及采用了偽隨機序列相位調制解調的方式及分偏振接收，可 以大大提高系統的信噪比。
[0009] 本發明的技術解決方案如下：
[0010] 一種高靈敏度雙光纖光纜傳感器，特征在于其構成包括窄線寬激光器、第一光纖 耦合器、電光調制器、聲光調制器、環形器、第二光纖耦合器、雙光纖光纜、第三光纖耦合器、 第四光纖耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一雙平衡探測器、第二雙平衡探測 器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、 第一模數轉換器、第二模數轉換器、第三模數轉換器、第四模數轉換器、可編程邏輯器件、放 大器、第一延時器、第二延時器等，其特征是在所述的窄線寬激光器的輸出端口與所述的第 一光纖親合器的輸入端口相連，該第一光纖親合器的第一輸出端口與所述的電光調制器光 信號輸入端相連，該第一光纖親合器的第二輸出端口與所述的聲光調制器的光信號輸入端 口相連，所述的電光調制器的光信號輸出端口與所述的環形器第一端口相連，該環形器的 第二端口與第二光纖耦合器的輸入端口相連，該環形器的第三端口與所述的第三光纖耦 合器的輸入端相連，第二光纖耦合器的第一輸出端口與所述的雙光纖光纜的傳感光纖相 連，第二光纖耦合器的第二輸出端口與所述的雙光纖光纜的參考光纖相連，第三光纖耦合 器的第一輸出端口與所述的第一雙平衡探測器的第一輸入端口相連，第三光纖親合器的第 二輸出端口與所述的第一偏振控制器的輸入端口相連，第一偏振控制器的輸出端口與所述 的第二雙平衡探測器的第一輸入端口相連，所述的聲光調制器的光信號輸出端口與所述的 第四光纖耦合器的輸入端口相連，該第四光纖耦合器的第一輸出端口與所述的第二偏振控 制器的輸入端口相連，該第二偏振控制器的輸出端口與第一雙平衡探測器的第二輸入端口 相連，第四光纖耦合器的第二輸出端口與所述的第二雙平衡探測器的第二輸入端口相連， 第一雙平衡探測器的輸出端口與所述的第二低通濾波器的輸入端口相連，第二雙平衡探測 器的輸出端口與所述的第一低通濾波器的輸入端口相連，該第一低通濾波器的輸出端口分 別與第一乘法器的第一輸入端口和第二乘法器的第一輸入端口相連，第二低通濾波器的輸 出端口分別與第三模數轉換器的第一輸入端口和第四模數轉換器的第一輸入端口相連，第 一乘法器的輸出端口與所述的第一模數轉換器的輸入端口相連，該第一模數轉換器的輸出 端口與所述的可編程邏輯器件的第一數字輸入總線相連，第二乘法器的輸出端口與第二模 數轉換器的輸入端口相連，該第二模數轉換器的輸出端口與所述的可編程邏輯器件的第二 數字輸入總線相連，第三乘法器的輸出端口與第三模數轉換器的輸入端口相連，該第三模 數轉換器的輸出端口與所述的可編程邏輯器件的第三數字輸入總線相連，第四乘法器的輸 出端口與第四模數轉換器的輸入端口相連，該第四模數轉換器的輸出端口與所述的可編程 邏輯器件的第四數字輸入總線相連，可編程邏輯器件的傳感偽隨機序列輸出端口與所述的 放大器的輸入端口相連，放大器的輸出端口與所述的電光調制器調制信號輸入端口相連， 可編程邏輯器件的本地偽隨機序列的輸出端口分別與所述的第一延時器的輸入端口和所 述的第二延時器的輸入端口相連，第一延時器的輸出端口分別與第一乘法器的第二輸入端 口和第三乘法器的第二輸入端口相連，第二延時器的輸出端口分別與第二乘法器的第二輸 入端口和第四乘法器的