CN110108346B - 基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器 - Google Patents

基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器 Download PDF

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Abstract

一种基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感器，包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、电光调制器、声光调制器、光学放大器、第二光纤耦合器、延迟光纤、光纤伸缩器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、环形器、待测光纤、第三光纤耦合器、第一偏振控制器、第四光纤耦合器、第二偏振控制器、第五光纤耦合器、第六光纤耦合器、第一双平衡探测器、第二双平衡探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、第一数字信号处理单元、第二数字信号处理单元和任意波形发生器。本发明可以解决传统基于时域反射计的传感***中空间分辨率与传感距离之间的矛盾关系，并能够解决干涉传感***中的干涉衰落问题，可同时实现长传感距离、高空间分辨率和高信噪比等指标。

Description

基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术领域，特别是一种基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感器。
背景技术
光纤传感器具有抗电磁干扰能力强，非侵入性，容易实现对被测信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与光纤***连接等优势。近年来，被广泛应用于天然气、石油管道安全监测，桥梁裂纹监测，气体浓度探测、边界安防等领域。
相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是一种新型的分布式光纤声音传感技术(DAS)，利用光纤中的后向瑞利散射，可以实现分布式动态检测。主要性能指标包括传感距离、空间分辨率、探测带宽、灵敏度和信噪比(SNR)等。Φ-OTDR自1993年被提出【F.Tarlor H.,E.LeeC.Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing:US,5194847[P/OL].1993-3-16.】以来，吸引了国内外学者的广泛关注，取得了很多进展。例如，通过相干探测来提高信噪比【Lu Yuelan,Zhu Tao,Chen Liang,et al.Distributed Vibration SensorBased on Coherent Detection of Phase-OTDR[J].J Lightwave Technol,2010,28(22):3243-3249.】，通过时间序列多频率源来提高带宽【Wang Z.Y.,Pan Z.Q.,et al.Ultra-broadband phase-sensitive optical time-domain reflectometry with a temporallysequenced multi-frequency source[J].Opt Lett,2015,40(22):5192-5195.】，通过拉曼或布里渊分布式放大来提高传感距离【Peng F.,Peng Z.P.,Jia X.H.,et al.128kmfully-distributed high-sensitivity fiber-optic intrusion sensor with 15mspatial resolution[M].New York:Ieee,2014.】，通过相位解调实现定量化检测【PanZ.Q.,Liang K.Z.,Ye Q.,et al.Phase-sensitive OTDR system based on digitalcoherent detection[M].2011Asia Communications and Photonics Conference andExhibition.New York；Ieee.2012.】,通过调相脉冲解决干涉衰落问题【Xiao Wang,BinLu,et al.Interference-fading-freeΦ-OTDR Based on Differential Phase ShiftPulsing Technology[J].IEEE Photonics Technology Letters,2019,31(1),1041-1135.】等。
上述文献分别对Φ-OTDR的某项指标进行了优化，并取得了一定成果。但是，Φ-OTDR中很多指标都是相互制约、相互影响的，单项指标的提升往往会导致其它指标的降低，无法综合提升***的性能，且当前技术中的空间分辨率和灵敏度等指标有待进一步提升。例如，灵敏度和空间分辨率与传感距离之间存在相互制约、相互矛盾的关系。在传感距离大于十千米时，传感空间分辨率只能达到几米～几十米，灵敏度约为纳应变量级，其空间分辨率不能满足更小尺度事件的应用需求，且其灵敏度有待进一步提升，以满足微弱信号的检测。
文献【Bin Lu,Zhengqing Pan,et al.High spatial resolution phase-sensitive optical time domain reflectometer with a frequency-swept pulse[J].Opt Lett,2017,42(3):391-394.】中提出利用扫频脉冲技术可以解决传感距离与空间分辨率之间的矛盾关系，并且能够实现亚米级空间分辨率，但是没有同时解决***中存在的干涉衰落问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有光纤传感***敏度和空间分辨率与传感距离之间存在的相互制约、相互矛盾的关系，同时解决***中存在的干涉衰落问题，同时提高Φ-OTDR的多项关键指标，构建高性能Φ-OTDR传感***。
本发明的核心思想是：注入光纤的光信号是有一定延迟的啁啾脉冲对，在数字信号处理模块，进行匹配滤波处理，两个啁啾脉冲会被压缩成两个有一定延迟的窄脉冲。每个窄脉冲的脉宽与该啁啾脉冲的扫频范围成反比，而与发射的啁啾脉冲的脉冲宽度无关。此时，传感***的空间分辨率由压缩后的两个窄脉冲宽度和两个脉冲之间的延迟决定。通过对后脉冲进行0或π的相位调制，奇偶脉冲对的相位调制量不同，则会改变奇偶次测量得到的干涉图样。奇偶次测量结果中，在同一个位置处不会同时发生干涉衰落，对测量结果进行筛选，选取信号强度大的测量结果，就可以去除干涉衰落的影响。因此，该技术可以打破传统Φ-OTDR中空间分辨率与脉冲宽度之间的关系，提高空间分辨率的同时，增大脉冲宽度，可提升传感距离，且能够同时解决干涉衰落问题，能够综合提升***的多项关键指标。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感器，包括窄线宽激光器、第一光纤耦合器、电光调制器、声光调制器、光学放大器、第二光纤耦合器、延迟光纤、光纤伸缩器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、环形器、待测光纤、第三光纤耦合器、第一偏振控制器、第四光纤耦合器、第二偏振控制器、第五光纤耦合器、第六光纤耦合器、第一双平衡探测器、第二双平衡探测器、第一模数转换器、第二模数转换器、第一数字信号处理单元、第二数字信号处理单元和任意波形发生器，所述的窄线宽激光器的输出端口与所述的第一光纤耦合器的输入端口相连，该第一光纤耦合器的第一输出端口与所述的电光调制器光信号输入端口相连，该第一光纤耦合器的第二输出端口与所述的第四光纤耦合器的输入端口相连，所述的电光调制器的光信号输出端口与所述的声光调制器的光信号输入端口相连，该声光调制器的光信号输出端口与所述的光学放大器的输入端口相连，该光学放大器的输出端口与所述的第二光纤耦合器的第一光学端口相连，该第二光纤耦合器的第三端口与所述的延迟光纤的第一端口相连，该延迟光纤的第二端口与光纤伸缩器的光学输入端口相连，该光纤伸缩器的光学输出端口与所述的第一法拉第旋转镜相连，所述的第二光纤耦合器的第四端口与所述的第二法拉第旋转镜相连，所述的第二光纤耦合器的第二端口与所述的环形器第一光学端口相连，该环形器的第二光学端口与待测光纤相连，所述的环形器的第三光学端口与所述的第三光纤耦合器的光学输入端口相连，该第三光纤耦合器的第一输出端口与所述的第一偏振控制器的输入端口相连，该第一偏振控制器的输出端口与所述的第六光纤耦合器的第一输入端口相连，所述的第三光纤耦合器的第二输出端口与所述的第五光纤耦合器的第一输入端口相连，所述的第四光纤耦合器的第一输出端口与所述的第六光纤耦合器的第二输入端口相连，所述的第四光纤耦合器的第二输出端口与所述的第二偏振控制器的输入端口相连，该第二偏振控制器的输出端口与所述的第五光纤耦合器的第二输入端口相连，该第五光纤耦合器的两个输出端口与所述的第一双平衡探测器的两个输入端口相连，所述的第六光纤耦合器的两个输出端口与所述的第二双平衡探测器的两个输入端口相连，该第二双平衡探测器的输出端口与所述的第二模数转换器的输入端口相连，该第二模数转换器的输出端口与所述的第二数字信号处理单元的数据输入端口相连，所述的第一双平衡探测器的输出端口与所述的第一模数转换器的输入端口相连，该第一模数转换器的输出端口与所述的第一数字信号处理单元的数据输入端口相连，所述的任意波形发生器产生的扫频信号a输入到所述的电光调制器的电学输入端口，所述的任意波形发生器产生的脉冲信号c输入到所述的声光调制器的模式控制输入端口，所述的任意波形发生器产生阶跃电压信号b与所述的光纤伸缩器的电学控制信号输入端口相连。
所述的通过环形器注入待测光纤的探测信号为两个频率啁啾脉冲，两个脉冲之间有一定的延迟，对后脉冲进行相位调制，且奇偶次发射的频率啁啾脉冲对中对后脉冲的相位调制量不同，奇偶次相位调制量分别为0和π。注入光纤中的频率啁啾脉冲信号可表示为下式：
Ep＝E0rect(t/T)exp(j2πfct+jπKt2)+E0rect((t-τ)/T)exp(j2πfc(t-τ)+jπK(t-τ)2+jφm)，其中T是脉冲宽度，fc是载波频率，K是LFM脉冲的调频斜率，rect(t/T)是矩形函数，τ为两个脉冲之间的延迟，φm为相位调制量，发射奇脉冲对时为0，发射偶脉冲对时为π。
所述的第一数字信号处理单元和第二数字信号处理单元的构成相似，主要包括匹配滤波器、正交相位解调模块和低通滤波器。其中，匹配滤波器的设计是根据发射的频率啁啾脉冲对来设计的。可表示为：
Figure BDA0002035514400000041
数字信号处理单元输出信号是解调出的各个位置处的幅度和相位信息。
所述的第一数字信号处理单元和第二数字信号处理单元解调出各个位置处的幅度和相位信息后：a、可以对同一位置处奇数次测量得到的幅度信号与偶数次测量得到的幅度信息进行比对，由于奇偶次测量不会同时发生干涉衰落而达到幅度极小值，选取幅度较大的奇数(或偶数)次测量解调出的相位作为有效数据，并与上一个时刻解调出的相位信号进行拼接；b、除对解调获得的信号进行最佳选择并进行拼接的方案外，还可以对奇偶次测量得到的信号进行合并叠加。
所述的窄线宽激光器是窄线宽光纤激光器或半导体激光器，中心波长是1550nm,线宽约为2.5kHz,也可以采用其它种类的窄线宽激光器。
所述的第一光纤耦合器是保偏耦合器，1550nm波段，端口1×2，分光比是9:1，也可以采用分光比略有差别的光纤耦合器。
所述的第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第五光纤耦合器和第六光纤耦合器是普通单模光纤耦合器，分光比是1：1。
所述的电光调制器，是具有较高带宽的强度调制器，通过调节直流电压抑制载波，并通过调节加载在上面的射频信号进行调频。
所述的声光调制器，是使本振光与探测光产生几十MHz的频率差，并将连续光斩波产生光脉冲。
所述的光纤伸缩器，是通过将光纤缠绕于压电陶瓷管，也可以是相位调制器，用来产生0或π相移量。
所述的光纤环形器，是一个三端口光纤环形器，也可以采用接入光纤耦合器和隔离器的办法，起到等同于光纤环形器效果的方案。
所述的双平衡探测器，是将光信号转换为电信号的高速探测器，能够滤除直流成分，保留交流成分。
在基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感***中，接收端采用了分偏振接收，通过第一偏振控制器、第二偏振控制器对偏振态进行控制，通过第一双平衡探测器、第二双平衡探测器分别接收两个不同偏振态的光信号，可以消除偏振衰落对***信噪比的影响。
本发明的优点在于：
1、采用延迟调相啁啾脉冲作为探测脉冲，空间分辨率与扫频范围成反比，与脉冲宽度无关。通增大扫频范围，可以获得亚米级空间分辨率，而不牺牲传感距离。
2、通过调节奇偶次测量后脉冲的相位调制量，改变奇偶次测量得到的散射图样，在不同位置处通过最佳选择选取信号强度较高的信号或进行矢量合并，可以解决干涉衰落问题。
3、接收端采用分偏振接收，可以大大降低偏振衰落带来的影响。
附图说明
图1为本发明基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感结构框图
图2为数字信号处理单元结构框图
图3产生延迟调相啁啾脉冲对的实施例一
图4产生延迟调相啁啾脉冲对的实施例二
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参照图1，图1为本发明基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器整体结构框图。由图1可见，本发明基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感装置其构成包括窄线宽激光器1、第一光纤耦合器2、电光调制器3、声光调制器4、光学放大器5、第二光纤耦合器6、延迟光纤7、光纤伸缩器8、第一法拉第旋转镜9、第二法拉第旋转镜10、环形器11、第三光纤耦合器13、第一偏振控制器14、第四光纤耦合器15、第二偏振控制器16、第五光纤耦合器17、第六光纤耦合器18、第一双平衡探测器19、第二双平衡探测器20、第一模数转换器21、第二模数转换器22、第一数字信号处理单元23、第二数字信号处理单元24和任意波形发生器25，所述的窄线宽激光器1的输出端口与所述的第一光纤耦合器2的输入端口相连，该第一光纤耦合器2的第一输出端口与所述的电光调制器3光信号输入端口相连，该第一光纤耦合器2的第二输出端口与所述的第四光纤耦合器15的输入端口相连，所述的电光调制器3的光信号输出端口与所述的声光调制器4的光信号输入端口相连，该声光调制器4的光信号输出端口与所述的光学放大器5的输入端口相连，该光学放大器5的输出端口与所述的第二光纤耦合器6的第一光学端口相连，该第二光纤耦合器6的第三端口与所述的延迟光纤7的第一端口相连，该延迟光纤7的第二端口与光纤伸缩器8的光学输入端口相连，该光纤伸缩器8的光学输出端口与所述的第一法拉第旋转镜9相连，所述的第二光纤耦合器6的第四端口与所述的第二法拉第旋转镜10相连，所述的第二光纤耦合器6的第二端口与所述的环形器11第一光学端口相连，该环形器11的第二光学端口与待测光纤12相连，所述的环形器11的第三光学端口与所述的第三光纤耦合器13的光学输入端口相连，该第三光纤耦合器13的第一输出端口与所述的第一偏振控制器14的输入端口相连，该第一偏振控制器14的输出端口与所述的第六光纤耦合器18的第一输入端口相连，所述的第三光纤耦合器13的第二输出端口与所述的第五光纤耦合器17的第一输入端口相连，所述的第四光纤耦合器15的第一输出端口与所述的第六光纤耦合器18的第二输入端口相连，所述的第四光纤耦合器15的第二输出端口与所述的第二偏振控制器16的输入端口相连，该第二偏振控制器16的输出端口与所述的第五光纤耦合器17的第二输入端口相连，该第五光纤耦合器17的两个输出端口与所述的第一双平衡探测器19的两个输入端口相连，所述的第六光纤耦合器18的两个输出端口与所述的第二双平衡探测器20的两个输入端口相连，该第二双平衡探测器20的输出端口与所述的第二模数转换器22的输入端口相连，该第二模数转换器22的输出端口与所述的第二数字信号处理单元24的数据输入端口相连，所述的第一双平衡探测器19的输出端口与所述的第一模数转换器21的输入端口相连，该第一模数转换器21的输出端口与所述的第一数字信号处理单元23的数据输入端口相连，所述的任意波形发生器25产生的扫频信号a输入到所述的电光调制器3的电学输入端口，所述的任意波形发生器25产生的脉冲信号c输入到所述的声光调制器4的模式控制输入端口，所述的任意波形发生器25产生阶跃电压信号b与所述的光纤伸缩器8的电学控制信号输入端口相连。
所述的通过环形器注入待测光纤的探测信号为两个频率啁啾脉冲，两个脉冲之间有一定的延迟，对后脉冲进行相位调制，且奇偶次发射的频率啁啾脉冲对中对后脉冲的相位调制量不同，奇偶次相位调制量分别为0和π。
注入光纤中的频率啁啾脉冲信号可表示为下式：
Ep＝E0rect(t/T)exp(j2πfct+jπKt2)+E0rect((t-τ)/T)exp(j2πfc(t-τ)+jπK(t-τ)2+jφm)，其中T是脉冲宽度，fc是载波频率，K是LFM脉冲的调频斜率，rect(t/T)是矩形函数，τ为两个脉冲之间的延迟，φm为相位调制量，发射奇脉冲对时为0，发射偶脉冲对时为π。
所述的第一数字信号处理单元23和第二数字信号处理单元24的构成相似，如图2所示，主要包括匹配滤波器D1、正交相位解调模块D2和低通滤波器D3。其中，匹配滤波器的设计是根据发射的频率啁啾脉冲对来设计的。可表示为：
Figure BDA0002035514400000071
数字信号处理单元输出信号是解调出的各个位置处的幅度和相位信息。
所述的第一数字信号处理单元23和第二数字信号处理单元24解调出各个位置处的幅度和相位信息后：a、可以对同一位置处奇数次测量得到的幅度信号与偶数次测量得到的幅度信息进行比对，由于奇偶次测量不会同时发生干涉衰落而达到幅度极小值，选取幅度较大的奇数(或偶数)次测量解调出的相位作为有效数据，并与上一个时刻解调出的相位信号进行拼接；b、除对解调获得的信号进行最佳选择并进行拼接的方案外，还可以对奇偶次测量得到的信号进行合并叠加。
本发明装置的基本原理如下：
第一、窄线宽激光器输出的光信号经第一光纤耦合器分为探测光和本振光，探测光经电光调制器，啁啾射频信号驱动电光调制器对输入连续激光进行调制。
第二、调制后的光信号通过声光调制器产生移频，并斩波成光脉冲，产生频率啁啾脉冲：Ep0＝E0rect(t/T)exp(j2πfct+jπKt2)。
第三、频率啁啾脉冲经过光学放大之后，经过具有一定臂长差的迈克尔逊干涉仪，产生延迟频率啁啾光脉冲对，通过光纤伸缩器或者相位调制器对后啁啾光脉冲进行0或π的相位调制，相邻两次测量的相位调制量不同，然后，将产生延迟调相频率啁啾光脉冲对信号通过环形器注入待测光纤：
Ep＝E0rect(t/T)exp(j2πfct+jπKt2)+E0rect((t-τ)/T)exp(j2πfc(t-τ)+jπK(t-τ)2+jφm)。其中T是脉冲宽度，fc是载波频率，K是LFM脉冲的调频斜率，rect(t/T)是矩形函数，τ为两个脉冲之间的延迟，φm为相位调制量。
第四、光纤中散射回来的光信号与频移后的光分别经过第一偏振控制器和第二偏振控制器，确保用双平衡探测器进行外差分偏振接收。由于偏振衰落会导致某些时刻反射回来的信号与本振光拍频信号幅度接近零，导致相位解调出现误差，分偏振接收能够大大降低偏振衰落的影响。
第五、双平衡探测器输出的电信号经过模数转换器转换为数字信号之后，接入数字信号处理单元，进行匹配滤波处理和正交相位解调。其中，匹配滤波器为：
Figure BDA0002035514400000081
匹配滤波后的宽脉冲被压缩为两个sinc型脉冲，每个sinc脉冲的3dB宽度与啁啾脉冲的扫频范围成反比，即：
Figure BDA0002035514400000082
则最终空间分辨率由两个窄脉冲宽度和脉冲之间的延迟决定：
Figure BDA0002035514400000083
所述的第一数字信号处理单元23和第二数字信号处理单元24解调出各个位置处的幅度和相位信息后：a、可以对同一位置处奇数次测量得到的幅度信号与偶数次测量得到的幅度信息进行比对，由于奇偶次测量不会同时发生干涉衰落而达到幅度极小值，选取幅度较大的奇数(或偶数)次测量解调出的相位作为有效数据，并与上一个时刻解调出的相位信号进行拼接；b、除对解调获得的信号进行最佳选择并进行拼接的方案外，还可以对奇偶次测量得到的信号进行合并叠加。通过最佳选择或者矢量时间合并后，可以消除干涉衰落的影响。
本发明的核心是发射延迟调相啁啾脉冲对作为传感光，并对接收到的信号进行匹配滤波等处理，上述实施例中产生延迟调相啁啾脉冲对的方式，即实施例一，如图3所示，实际应用中，还有很多类似的实施例可以产生延迟调相啁啾脉冲对的方式。
本发明中产生延迟调相啁啾脉冲对的实施例二如图4所示，直接采用电光调制产延迟调相啁啾信号，并通过声光调制器斩波生成脉冲对，再通过光学放大器进行放大，其构成包括任意波形发生器2_1、电光调制器2_2、声光调制器2_3和光学放大器2_4等,所述的电光调制器2_2的光学输入端口与图1中第一光纤耦合器2的第一输出端口相连，所述的电光调制器2_2的光学输出端口与所述的声光调制器2_3的光学输入端口相连，所述的声光调制器2_3的光学输出端口与所述的光学放大器2_4的光学输入端口相连，所述的光学放大器2_4的光学输出端口输出延迟调相啁啾脉冲对，并与图1中所述的环形器11的第一光学端口相连，所述的任意波形发生器2_1产生的射频啁啾信号2_a与所述的电光调制器2_2的射频输入端口相连，所述的射频啁啾信号2_a包含两个有一定延迟的射频啁啾信号，且对后面的啁啾信号进行周期性的0或π的相位调制，所述任意波形发生器2_1产生的脉冲信号2_b所述的声光调制器2_3的射频信号输入端口相连，将延迟调相啁啾连续光信号斩波生成延迟调相啁啾脉冲对信号。
本发明中前后进行两次测量时，奇偶次测量时啁啾脉冲对的后脉冲相位调制量分别为0或π，然后可对奇偶次测量结果进行最佳选择或矢量合并。实际实施案例中，也可以前后进行n次啁啾脉冲对发射，每次测量时脉冲对后脉冲的相位调制量分别为0、π/n……、π(n-1)/n，然后将n次测量结果进行最佳选择或者矢量合成，当n较大时，矢量合成效果更好。
以上技术方案可以实现基于延迟调相啁啾脉冲对的高性能光纤振动传感器。虽然参照上述具体实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方式和实施例，对于本专业领域技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。例如激光器的工作波段可以替换为其它波段；环形器可用耦合器替代，图3中产生延迟调相啁啾脉冲对的干涉仪可有迈克尔逊干涉仪替换为马赫-曾泽尔干涉仪；对啁啾脉冲对的前脉冲进行调相，后脉冲相位不变等。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，包括窄线宽激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、电光调制器(3)、声光调制器(4)、光学放大器(5)、第二光纤耦合器(6)、延迟光纤(7)、光纤伸缩器(8)、第一法拉第旋转镜(9)、第二法拉第旋转镜(10)、环形器(11)、第三光纤耦合器(13)、第一偏振控制器(14)、第四光纤耦合器(15)、第二偏振控制器(16)、第五光纤耦合器(17)、第六光纤耦合器(18)、第一双平衡探测器(19)、第二双平衡探测器(20)、第一模数转换器(21)、第二模数转换器(22)、第一数字信号处理单元(23)、第二数字信号处理单元(24)和任意波形发生器(25)；
所述的第二光纤耦合器(6)、延迟光纤(7)、光纤伸缩器(8)、第一法拉第旋转镜(9)、第二法拉第旋转镜(10)组成的迈克尔逊干涉仪；
所述的窄线宽激光器(1)的输出端口与所述的第一光纤耦合器(2)的输入端口相连，该第一光纤耦合器(2)的第一输出端口与所述的电光调制器(3)光信号输入端口相连，该第一光纤耦合器(2)的第二输出端口与所述的第四光纤耦合器(15)的输入端口相连，所述的电光调制器(3)的光信号输出端口与所述的声光调制器(4)的光信号输入端口相连，该声光调制器(4)的光信号输出端口与所述的光学放大器(5)的输入端口相连，该光学放大器(5)的输出端口与所述的第二光纤耦合器(6)的第一端口相连，该第二光纤耦合器(6)的第三端口与所述的延迟光纤(7)的第一端口相连，该延迟光纤(7)的第二端口与光纤伸缩器(8)的光学输入端口相连，该光纤伸缩器(8)的光学输出端口与所述的第一法拉第旋转镜(9)相连，所述的第二光纤耦合器(6)的第四端口与所述的第二法拉第旋转镜(10)相连，所述的第二光纤耦合器(6)的第二端口与所述的环形器(11)第一光学端口相连，该环形器(11)的第二光学端口与待测光纤(12)相连，所述的环形器(11)的第三光学端口与所述的第三光纤耦合器(13)的光学输入端口相连，该第三光纤耦合器(13)的第一输出端口与所述的第一偏振控制器(14)的输入端口相连，该第一偏振控制器(14)的输出端口与所述的第六光纤耦合器(18)的第一输入端口相连，所述的第三光纤耦合器(13)的第二输出端口与所述的第五光纤耦合器(17)的第一输入端口相连，所述的第四光纤耦合器(15)的第一输出端口与所述的第六光纤耦合器(18)的第二输入端口相连，所述的第四光纤耦合器(15)的第二输出端口与所述的第二偏振控制器(16)的输入端口相连，该第二偏振控制器(16)的输出端口与所述的第五光纤耦合器(17)的第二输入端口相连，该第五光纤耦合器(17)的两个输出端口分别与所述的第一双平衡探测器(19)的两个输入端口相连，所述的第六光纤耦合器(18)的两个输出端口分别与所述的第二双平衡探测器(20)的两个输入端口相连，该第二双平衡探测器(20)的输出端口与所述的第二模数转换器(22)的输入端口相连，该第二模数转换器(22)的输出端口与所述的第二数字信号处理单元(24)的数据输入端口相连，所述的第一双平衡探测器(19)的输出端口与所述的第一模数转换器(21)的输入端口相连，该第一模数转换器(21)的输出端口与所述的第一数字信号处理单元(23)的数据输入端口相连，所述的任意波形发生器(25)产生的扫频信号(a)输入到所述的电光调制器(3)的电学输入端口，所述的任意波形发生器(25)产生的脉冲信号(c)输入到所述的声光调制器(4)的模式控制输入端口，所述的任意波形发生器(25)产生阶跃电压信号(b)与所述的光纤伸缩器(8)的电学控制信号输入端口相连；
所述的电光调制器(3)输出的啁啾连续光信号斩波为一个啁啾脉冲光信号后，经述的光学放大器(5)放大后，注入所述的迈克尔逊干涉仪，产生延迟频率啁啾光脉冲对；
注入待测光纤(12)的探测信号为两个频率啁啾脉冲，两个频率啁啾脉冲之间有一定的延迟，对后一个频率啁啾脉冲进行相位调制，且奇偶次发射的频率啁啾脉冲对中对后一个频率啁啾脉冲的相位调制量不同，奇偶次相位调制量分别为0和π；
所述的频率啁啾脉冲信号表示为下式：
Ep＝E0rect(t/T)exp(j2πfct+jπKt2)+E0rect((t-τ)/T)exp(j2πfc(t-τ)+jπK(t-τ)2+jφm)，
其中T是脉冲宽度，fc是载波频率，K是啁啾脉冲的调频斜率，rect(t/T)是矩形函数，τ为两个脉冲之间的延迟，φm为相位调制量，发射奇脉冲对时相位调制量为0，发射偶脉冲对时相位调制量为π，Ep为啁啾脉冲对光场，E0啁啾脉冲的光场幅度，t是时间；
所述的第一数字信号处理单元(23)和第二数字信号处理单元(24)均包括匹配滤波器(D1)、正交相位解调模块(D2)和低通滤波器(D3)；
所述的匹配滤波器(D1)是根据发射的频率啁啾脉冲对设计的，表示为：
Figure FDA0002966924820000031
2.根据权利要求1所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的第一数字信号处理单元(23)和第二数字信号处理单元(24)的输出信号是解调出的各个位置处的幅度和相位信息。
3.根据权利要求2所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的第一数字信号处理单元(23)和第二数字信号处理单元(24)解调出各个位置处的幅度和相位信息后：a、可以对同一位置处奇数次测量得到的幅度信号与偶数次测量得到的幅度信息进行比对，由于奇偶次测量不会同时发生干涉衰落而达到幅度极小值，选取幅度较大的奇数次或偶数次测量解调出的相位作为有效数据，并与上一个时刻解调出的相位信号进行拼接；b、除对解调获得的信号进行最佳选择并进行拼接的方案外，还可以对奇偶次测量得到的信号进行合并叠加。
4.根据权利要求1所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的窄线宽激光器是窄线宽光纤激光器或半导体激光器，中心波长为1550nm，线宽为2.5kHz。
5.根据权利要求1所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的第一光纤耦合器是保偏耦合器的分光比是9:1，所述的第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第五光纤耦合器和第六光纤耦合器的分光比是1：1。
6.根据权利要求1所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的电光调制器，是具有高带宽的强度调制器，通过调节直流电压抑制载波，并通过调节加载在上面的射频信号进行调频；所述的声光调制器，是使本振光与探测光产生几十MHz的频率差，并将连续光斩波产生光脉冲。
7.根据权利要求1所述的基于延迟调相啁啾脉冲对的光纤振动传感器，其特征在于，所述的光纤伸缩器，是通过将光纤缠绕于压电陶瓷管，也可以是相位调制器，用来产生0或π相移量。
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