基于波束形成的分布式光纤声波探测装置及探测方法

摘要

本发明公开了一种基于波束形成的分布式光纤声波探测装置及方法，包括光源、1x2耦合器、控制和信号处理单元、任意波形发生器、双路并行马赫增德尔电光调制器、参考臂光纤、掺铒光纤放大器、光滤波器、环形器、前端部分反射镜、参考长度光纤、后端部分反射镜、传感光纤、90°光混合器、平衡探测器，将调制成下边带固定频率上边带扫频的光脉冲的信号光注入传感光纤中，将返回的携带各探测点光相位和光频谱信息的信号光与本地参考光混合，分别解调光相位信息和光频谱信息，得到传感光纤中各探测点处声波的频率、振幅和相位信息，进而计算声源的位置、强度、频率信息。将光纤的传感和传输功能合二为一，探测点规模相较于相关的传统技术扩大百倍以上。

主权项

一种基于波束形成的分布式光纤声波探测装置，其特征在于，该装置包括光源(1)、1x2耦合器(2)、控制和信号处理单元(3)、任意波形发生器(4)、双路并行马赫增德尔电光调制器(5)、参考臂光纤(6)、掺铒光纤放大器(7)、光滤波器(8)、环形器(9)、前端部分反射镜(10)、参考长度光纤(11)、后端部分反射镜(12)、传感光纤(13)、90°光混合器(14)以及平衡探测器阵列(15)；光源(1)发出频率为ω₀的连续激光经过1x2耦合器(2)，分为本地参考光和信号光两路光：本地参考光经过参考臂光(6)，到达90°光混合器(14)；信号光经过由任意波形发生器(4)控制的双路并行马赫增德尔电光调制器(5)，被调制成同时含有频率为ω₀‑ω_CW固定频率成分和频率为ω₀+ω(t)线性扫频成分的脉冲信号光；脉冲信号光先后经过掺铒光纤放大器(7)放大、光滤波器(8)滤波和环形器(9)单向环形传输，然后被注入参考长度光纤(11)和传感光纤(13)中，脉冲信号光在前端部分反射镜(10)和后端部分反射镜(12)发生部分反射，用于标记参考长度光纤的起止位置；脉冲信号在传感光纤(13)中形成后向瑞利散射沿光纤返回，含有不同位置的光相位信息φ(t)和光频谱信息I(ω)，返回的光信号经过环形器(9)返回后到达90°光混合器(14)，与本地参考光混合；输出光由平衡探测器阵列(15)接收；经过控制和信号处理单元(3)处理，得到传感光纤(13)中的特殊排布传感光纤各位置振动相位、强度、频率信息，然后计算声源的方向、位置、频率、强度参数。