CN115790814A - 光纤振动检测***及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光纤振动检测***及其方法。光纤振动检测***包括啁啾脉冲光源、双向耦合器、光纤部分反射点对、光电探测器及信号采集处理模块，啁啾脉冲光源用于产生啁啾脉冲光序列，啁啾脉冲光源的输出端连接双向耦合器的输入端，双向耦合器的第一输出端连接光纤部分反射点对的输入端，光纤部分反射点对中的两部分反射点用于对啁啾脉冲光分别进行反射以产生相互时延的两个反射光脉冲，双向耦合器的第二输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接信号采集处理模块，信号采集处理模块用于采集相互时延的两个反射光脉冲干涉产生的拍频干涉信号，求解拍频干涉信号的相位，并通过拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

Description

光纤振动检测***及其方法

技术领域

本申请涉及光纤传感检测技术领域，尤其涉及一种光纤振动检测***及其方法。

背景技术

振动现象在自然界和人类生产活动中随处可见。在大型土木工程结构、航空航天、机械制造等领域，结构体在长期使用过程中可能产生不同程度的损伤，影响其使用寿命，甚至可能导致严重的人身事故和经济损失。在这些结构体中，振动情况通常可以反映其是否安全稳定运行，因此，振动的检测对保证***的健康状态、实现快速及时的设备维护具有重要意义。除此之外，在地震勘探和管道运输等领域中，振动检测也有广泛应用，对人民生命安全和经济活动做出贡献。在航空发动机的运行过程中，其振动频率范围涵盖几赫兹到几千赫兹以上，因此需要实现高速、宽动态范围的振动测量。

光纤传感器具有固有体积小、重量轻、抗电磁干扰、传感距离长等特性，因此成为一些应用场景中不可替代的传感解决方案。光纤振动传感器作为光纤传感器的一类，已得到了广泛的研究和应用。根据工作原理的不同，光纤振动传感器主要可以分为强度解调、干涉解调以及波长解调几类。干涉型光纤振动传感器基于光的干涉原理，利用外界环境的振动引起光纤中传输光的相位变化实现振动传感，通过相位解调获取实际振动信息。干涉型光纤振动传感器一般采用迈克尔逊、马赫曾德、法布里玻罗或萨格纳克干涉仪结构，具有高灵敏度、高精度的优势，可以实现高速解调。但干涉型光纤振动传感器一般存在测量***复杂，价格昂贵等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光纤振动检测***及其方法，能够实现高频、宽动态范围的振动测量。

本申请的一个方面提供一种光纤振动检测***。所述光纤振动检测***包括啁啾脉冲光源、双向耦合器、光纤部分反射点对、光电探测器及信号采集处理模块，所述双向耦合器具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述啁啾脉冲光源用于产生啁啾脉冲光序列，所述啁啾脉冲光源的输出端连接所述双向耦合器的输入端，所述双向耦合器的第一输出端连接所述光纤部分反射点对的输入端，所述光纤部分反射点对中的两部分反射点用于对啁啾脉冲光分别进行反射以产生相互时延的两个反射光脉冲，所述双向耦合器的第二输出端连接所述光电探测器的输入端，所述光电探测器的输出端连接所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块用于采集相互时延的所述两个反射光脉冲干涉产生的拍频干涉信号，求解所述拍频干涉信号的相位，并通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

本申请实施例的光纤振动检测***成本低、结构简单，具有宽动态频率响应范围和高灵敏度，是实现高频、宽动态范围振动测量的理想方案。

本申请的另一个方面提供一种光纤振动检测方法。所述光纤振动检测方法包括：产生啁啾脉冲光序列；通过光纤部分反射点对中的两部分反射点对啁啾脉冲光分别进行反射，以产生相互时延的两个反射光脉冲；相互时延的所述两个反射光脉冲干涉产生拍频干涉信号；求解所述拍频干涉信号的相位；以及通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

本申请实施例的光纤振动检测方法具有宽动态频率响应范围和高灵敏度，能够实现高频、宽动态范围的振动测量。

附图说明

图1为本申请一个实施例的光纤振动检测***的结构示意图。

图2为图1中的双向耦合器的三种实施结构示意图。

图3为图1中的光纤部分反射点对的两种实施结构示意图。

图4为本申请一个实施例的光纤部分反射点对反射的两啁啾脉冲及其拍频干涉信号示意图。

图5为本申请一个实施例的光纤振动检测方法的流程图。

图6为本申请一个实施例的光纤振动检测方法中的相位解调过程流程图。

图7为本申请一个实施例的相位解调过程中的两种相位计算方法示意图。

图8为本申请一个实施例的使用多组数据点的相位解调光纤振动信息过程中的相位补偿过程示意图及其***信噪比提升效果的仿真结果。

图9为本申请一个实施例的使用一组数据和四十一组数据平均得到的1kHz振动下相位解调得到的时域和频域振动信息的仿真结果。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请的说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前”、“后”、“左”、“右”、“远”、“近”、“顶部”和/或“底部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请实施例提供了一种光纤振动检测***100。图1揭示了本申请一个实施例的光纤振动检测***100的结构示意图。如图1所示，本申请一个实施例的光纤振动检测***100包括啁啾脉冲光源1、双向耦合器2、光纤部分反射点对3、光电探测器4及信号采集处理模块5，其中，双向耦合器2具有输入端T11、第一输出端T12和第二输出端T13。啁啾脉冲光源1的输出端连接双向耦合器2的输入端T11，双向耦合器2的第一输出端T12连接光纤部分反射点对3的输入端，双向耦合器2的第二输出端T13连接光电探测器4的输入端，光电探测器4的输出端连接信号采集处理模块5。

啁啾脉冲光源1可以用来产生啁啾脉冲光序列。啁啾脉冲光源1的输出端用于输出该啁啾脉冲光序列。每个啁啾脉冲内光的频率随时间变化。啁啾脉冲光序列中各啁啾脉冲相同。啁啾脉冲光序列的脉冲重复频率为待测最大振动频率的两倍以上。

双向耦合器2通过其输入端T11接收入射的啁啾脉冲光序列，通过第一输出端T12将啁啾脉冲光序列传输至光纤部分反射点对3，通过第二输出端T13将光纤部分反射点对3反射回的光信号传输至光电探测器4。

光纤部分反射点对3包括两个光纤部分反射点。图4揭示了本申请一个实施例的光纤部分反射点对3反射的两啁啾脉冲及其拍频干涉信号示意图。如图4所示，两个部分反射点可以分别将入射的啁啾脉冲光进行部分反射，部分透射，两个部分反射点反射的两个啁啾脉冲光由于传输光程不同，相遇时会有相应时间延迟Δτ，两个反射光脉冲相遇，重叠部分产生干涉，形成拍频干涉光场，后经双向耦合器2的第二输出端T13传输至光电探测器4。光电探测器4输出为由拍频干涉光场产生的拍频干涉信号，信号包络与啁啾脉冲近似。拍频干涉信号的密度即频率由啁啾脉冲光序列的啁啾量和光纤部分反射点对3中的两个部分反射点的间距决定。两个部分反射点的间距与啁啾脉冲光序列的啁啾量的选择应当满足条件，使得返回的拍频干涉信号的频率在光电探测器4的带宽之内。光纤部分反射点对3中的部分反射点的反射谱宽涵盖啁啾脉冲光源1的波长调节范围，以实现啁啾脉冲光序列的反射。

光电探测器4可以用来探测双向耦合器2的第二输出端T13输出的光纤部分反射点对3反射的两啁啾脉冲光的干涉光信号，将光信号转换为电信号传输至信号采集处理模块5。

信号采集处理模块5可以用来实现光电探测器4传输的电信号的采集与解调处理。信号采集处理模块5可以求解拍频干涉信号的相位，并通过拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。啁啾脉冲光序列中每一个啁啾脉冲在两个部分反射点反射后产生干涉，返回一帧拍频干涉信号。采集的每帧拍频干涉信号的时间间隔对应啁啾脉冲光序列相邻两个啁啾脉冲的时间间隔。根据多帧拍频干涉信号的相位随时间的变化获得待测的光纤振动信息。

在一个可选的实施例中，啁啾脉冲光源1可以由通信用半导体激光器经电流或温度调制器内调制直接产生，可极大地降低***成本。在另一个可选的实施例中，啁啾脉冲光源1也可以由通信用半导体激光器发射出的连续光通过外部频率调制产生，以输出啁啾脉冲光序列。脉冲的啁啾可以为线性，也可以为非线性。在脉冲内部可以一直为正啁啾或负啁啾，也可以在脉冲的不同部分为不同方向的啁啾。理想地，将脉冲的啁啾调制为线性，脉冲的强度和频率均随时间线性变化，如图4所示。

图2揭示了图1中的双向耦合器2的三种实施结构示意图。如图2中的(a)所示，在一个可选的实施例中，双向耦合器2包括光环形器21，光环形器21具有第一端口T21、第二端口T22和第三端口T23。其中，光环形器21的第一端口T21为双向耦合器2的输入端T11，光环形器21的第二端口T22为双向耦合器2的第一输出端T12，光环形器21的第三端口T23为双向耦合器2的第二输出端T13。

如图2中的(b)所示，在另一个可选的实施例中，双向耦合器2包括光隔离器22和光耦合器23，光隔离器22具有输入端和输出端，光耦合器23采用2×1结构，光耦合器23具有第一输入端T31、第二输入端T32和输出端T33。其中，光隔离器22的输入端为双向耦合器2的输入端T11，光隔离器22的输出端连接光耦合器23的第一输入端T31，光耦合器23的输出端T33为双向耦合器2的第一输出端T12，光耦合器23的第二输入端T32为双向耦合器2的第二输出端T13。光隔离器22可以用来阻隔返回的光信号，避免对啁啾脉冲光源1产生影响。

如图2中的(c)所示，在又一个可选的实施例中，双向耦合器2包括光隔离器22和光耦合器23，光隔离器22具有输入端和输出端，光耦合器23采用2×2结构，光耦合器23具有第一输入端T31、第二输入端T32和两个输出端T33、T34，光隔离器22的输入端为双向耦合器2的输入端T11，光隔离器22的输出端连接光耦合器23的第一输入端T31，光耦合器23的两个输出端T33、T34为双向耦合器2的第一输出端T12，光耦合器23的第二输入端T32为双向耦合器2的第二输出端T13。

图3揭示了图1中的光纤部分反射点对3的两种实施结构示意图。如图3中的(a)所示，在一个可选的实施例中，光纤部分反射点对3中的两光纤部分反射点为一根光纤上的两个部分反射光纤光栅31、32，光纤的入射端连接双向耦合器2的第一输出端T12。光纤光栅31、32的反射谱宽涵盖啁啾脉冲光源1的波长调节范围。优选地，两个光纤光栅31、32的参数相同。实际应用时，两个光纤光栅31、32之间的光纤粘贴至例如悬梁臂等结构件上，结构件连接振动源，将振动信息转变为两光纤光栅31、32之间的光纤的应变，进而改变两个反射光脉冲的光程差，导致干涉条纹的变化，实现振动信息的探测。

如图3中的(b)所示，在另一个可选的实施例中，光纤部分反射点对3中的两光纤部分反射点为一个耦合器33的输出端连出的两根紧密贴合的具有不同长度的光纤的两个尾部端面34、35。例如，对于图2中的(c)所示的光耦合器23采用2×2结构，光耦合器23的两个输出端T33、T34分别直接连接两根不同长度的光纤，两个光纤的尾部端面34、35即为两个光纤部分反射点。两根不同长度的光纤从耦合器33的输出端开始紧密贴合，使得除长光纤比短光纤多出的部分外，两根光纤沿传输方向光路情况一致。实际应用时，较长光纤除与较短光纤贴合部分外，较长光纤多出的部分粘贴至悬臂梁等结构件上，结构件连接振动源，将振动信息转变为光纤的应变，进而改变两个反射光脉冲的光程差，导致干涉条纹的变化，实现振动信息的探测。若双向耦合器2为光隔离器22和光耦合器23的结构，优选地，双向耦合器2中的光耦合器23采用图2中的(c)所示的2×2结构，光耦合器23的第一输入端T31连接光隔离器22，第二输入端T32连接光探测器，两输出端T33、T34直接连出两根光纤作为部分反射点对。

本申请实施例的光纤振动检测***100成本低、结构简单，具有宽动态频率响应范围和高灵敏度，是实现高频、宽动态范围振动测量的理想方案。

本申请实施例还提供了一种基于上述光纤振动检测***100的光纤振动检测方法。图5揭示了本申请一个实施例的光纤振动检测方法的流程图。如图5所示，本申请一个实施例的光纤振动检测方法可以包括步骤S11至步骤S15。

在步骤S11中，产生啁啾脉冲光序列。

在步骤S12中，通过光纤部分反射点对3中的两部分反射点对啁啾脉冲光分别进行反射，以产生相互时延的两个反射光脉冲。

在步骤S13中，相互时延的两个反射光脉冲干涉产生拍频干涉信号。

在步骤S14中，求解拍频干涉信号的相位。

在步骤S15中，通过拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

在一些实施例中，本申请的光纤振动检测方法还可以包括步骤S16。在步骤S16中，对拍频干涉信号进行预处理，以得到预处理后的拍频干涉信号。在对拍频干涉信号进行预处理的情况下，则在步骤S14中，可以求解预处理后的拍频干涉信号的相位。

本申请实施例的光纤振动检测方法提出了一种振动解调方法，其原理基于相位解调过程，光纤部分反射点对3中的两光纤部分反射点反射的两啁啾脉冲光干涉产生拍频干涉信号，如图4所示。外界的振动引起两光纤部分反射点之间的距离变化，拍频干涉信号的相位也会随之变化。因此，可以通过拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

图6揭示了本申请一个实施例的光纤振动检测方法中的振动解调方法的流程图。

如图6所示，振动解调方法可以包括以下步骤：

在步骤S21中：对拍频干涉信号进行滤波去噪。将拍频干涉信号做滤波处理，使用低通滤波器去除拍频干涉信号上无用的高频噪声。

首先将拍频干涉信号做傅里叶变换，在频域观察拍频干涉信号的带宽范围，然后，使用低通滤波器去除带宽范围以外的高频噪声。

在步骤S22中：对滤波后的拍频干涉信号进行归一化。

归一化过程可以是对滤波后的拍频干涉信号相对于入射的啁啾脉冲光的包络来进行归一化；也可以从滤波后的拍频干涉信号中提取包络，再相对于提取的包络进行归一化。

例如，拍频干涉信号S的包络L可由希尔伯特变换求得，如下所示：

L＝|Hilbert(S)|

通过S/L将拍频干涉信号做归一化。

在步骤S23中：去除归一化后的拍频干涉信号中的直流分量。

其中，上述步骤S21至步骤S23均属于步骤S16中提到的对拍频干涉信号进行预处理的过程。

在步骤S24中，对拍频干涉信号(在对拍频干涉信号进行预处理的情况下，则在预处理之后，对预处理后的拍频干涉信号)进行希尔伯特变换，获得拍频干涉信号随时间的相位线性变化规律。

拍频干涉信号的相位值可由希尔伯特变换获得，如下所示：

在步骤S25中，根据步骤S24中获得的相位线性变化规律，可以通过如插值等操作在拍频干涉信号上寻找求解特定点的相位值所需的各数据点。

在步骤S26中，通过步骤S25中寻得的各数据点的信号强度来求解获得拍频干涉信号上特定点的相位。此过程称为相位计算过程。

在步骤S27中：由步骤S26求得的相位值随时间的变化曲线求解光纤振动信息。

本申请实施例的振动解调方法可以通过两种可选的振动解调实现方式来解调光纤振动信息。

第一种振动解调实现方式可以通过计算拍频干涉信号上单个固定点的相位随时间的变化解调振动信息。

继续参照图6，步骤S25可以包括步骤S251。在步骤251中，根据步骤S24获得的相位线性变化规律，可以通过例如插值等操作在每帧拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的一组数据点。

步骤S26可以包括步骤S261和步骤S262。在步骤S261中，通过寻得的每帧一组数据点的信号强度来求解获得每帧拍频干涉信号上单个固定点的相位值。

其中，步骤S261可以包括步骤S2611或步骤S2612，在步骤S261中可以通过步骤S2611或步骤S2612两种可选的方法来计算每帧拍频干涉信号上单个固定点的相位值。

结合参照图7所示，在步骤S2611中，采用第一种计算方法，一组数据点包含相位相差120度的三个点，通过每帧拍频干涉信号上这三个相位相差120°的点的信号强度的运算来求解得到每帧拍频干涉信号上单个固定点的相位值。

假设相位相差120°的三个点的信号强度分别记为S₁₁，S₁₂，S₁₃：

其中，A为信号的幅值，

为S₁₂点的相位值。通过下式所述的三个点的信号强度的运算可以求解得到拍频干涉信号上一个固定点，例如S₁₂点的相位值

可由下式计算得到：

在步骤S2612中，采用第二种计算方法，一组数据点包含相位相差90度的两个点，通过每帧拍频干涉信号上这两个相位相差90°的点的信号强度的运算来求解得到每帧拍频干涉信号上单个固定点的相位值。

假设相位相差90°的两个点的信号强度分别记为S₂₁，S₂₂：

那么，拍频干涉信号上一个固定点的相位值

可由下式计算得到：

通过上述两种相位计算过程均可以获得每帧拍频干涉信号上的同一固定点的相位值。

在步骤S262中，根据步骤S261求解得到的每帧拍频干涉信号上单个固定点的相位值，将每帧的相位值列在一起，从而可以获得单个固定点的相位随时间的变化曲线。

步骤S27可以包括步骤S271。在步骤S271中，可以通过步骤S262获得的单个固定点的相位随时间的变化曲线来计算得到光纤振动信息。

第二种振动解调实现方式可以通过计算拍频干涉信号上多个固定点的相位随时间的变化做累加平均解调振动信息。

继续参照图6，步骤S25可以包括步骤S252。在步骤S252中，根据步骤S24获得的相位线性变化规律，可以通过例如插值等操作在每帧拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的多组，例如n(n>1)组数据点。

步骤S26可以包括步骤S263至步骤S266。在步骤S263中，通过寻得的每帧多组数据点的信号强度来求解获得每帧拍频干涉信号上多个固定点的相位值。

其中，步骤S263可以包括步骤S2631或步骤S2632，在步骤S263中可以通过步骤S2631或步骤S2632两种可选的方法来计算每帧拍频干涉信号上多个固定点的相位值。

结合参照图7所示，在步骤S2631中，采用第一种计算方法，多组数据点中的每组数据点包含相位相差120度的三个点，通过每帧每组中三个点的信号强度的运算(例如上面公式(1)所示)来求解得到每帧拍频干涉信号上每组一个固定点的相位值，每帧多组的固定点的相位值合在一起，从而可以得到每帧多个固定点的相位值。

在步骤S2632中，采用第二种计算方法，一组数据点包含相位相差90度的两个点，通过每帧每组中两个点的信号强度的运算(例如上面公式(2)所示)来求解得到每帧拍频干涉信号上每组一个固定点的相位值，每帧多组的固定点的相位值合在一起，从而可以得到每帧多个固定点的相位值。

用每帧拍频干涉信号上的n组数据点，利用上述的两种相位计算过程，可以计算得到每帧拍频干涉信号上n个固定点的相位。

在步骤S264中，根据步骤S263求解得到的每帧拍频干涉信号上多个(例如n个)固定点的相位值，将每帧干涉条纹求得的n个固定点的相位值分别列在一起，从而可以获得多个(例如n个)固定点的相位随时间的变化曲线，也就是获得了多组(例如n组)相位随时间的变化曲线。

假设所述多组数据点的组数为n，则获得的n组相位随时间的变化曲线可以分别记为

在步骤S265中，对步骤S264得到的多组相位随时间的变化曲线分别进行相位补偿。

例如，在n组数据点中，后n-1组数据点中的各点与第一组数据点中的对应各点之间的相位差分别为

则后面n-1组相位随时间的变化曲线分别相对第一组相位随时间的变化曲线做相移

实现相位补偿，如图8中的(a)所示，即：

其中，获得的

为相位补偿后的n组相位随时间的变化曲线。

在步骤S266中，对步骤S265相位补偿后的多组相位随时间的变化曲线进行累加平均去噪来获得累加平均后的相位随时间的变化曲线。

例如，将n组相位随时间的变化曲线做累加平均去噪，即如下所示：

从而，可以最终获得一条累加平均去噪后的相位随时间的变化曲线

步骤S27可以包括步骤S272。在步骤S272中，可以通过步骤S266获得的累加平均后的相位随时间的变化曲线来计算得到光纤振动信息。

利用上述第二种振动解调实现方式，通过仿真得到的***信噪比与平均数据点组数的关系如图8中的(b)所示，可见通过多组数据平均可将***信噪比提升6dB以上。

图9揭示了本申请一个实施例的使用一组数据和四十一组数据平均得到的1kHz振动下相位解调得到的时域和频域振动信息的仿真结果，其中，图9中的(a)所示为时域振动信息，图9中的(b)所示为频域振动信息。从图9可以看到，***通过多组数据相位补偿和平均过程可降低***底噪，得到更准确的振动信息。即通过多组相位变化曲线累加平均的方式解调可以消除部分噪声，提高***解调结果的信噪比。

本申请实施例的光纤振动检测方法具有宽动态频率响应范围和高灵敏度，能够实现高频、宽动态范围的振动测量。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (24)

1.一种光纤振动检测***，其特征在于：包括啁啾脉冲光源、双向耦合器、光纤部分反射点对、光电探测器及信号采集处理模块，所述双向耦合器具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述啁啾脉冲光源用于产生啁啾脉冲光序列，所述啁啾脉冲光源的输出端连接所述双向耦合器的输入端，所述双向耦合器的第一输出端连接所述光纤部分反射点对的输入端，所述光纤部分反射点对中的两部分反射点用于对啁啾脉冲光分别进行反射以产生相互时延的两个反射光脉冲，所述双向耦合器的第二输出端连接所述光电探测器的输入端，所述光电探测器的输出端连接所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块用于采集相互时延的所述两个反射光脉冲干涉产生的拍频干涉信号，求解所述拍频干涉信号的相位，并通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

2.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述啁啾脉冲光源由通信用半导体激光器经电流或温度调制器内调制直接产生。

3.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述啁啾脉冲光源由通信用半导体激光器发射出的连续光通过外部频率调制产生。

4.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述双向耦合器包括光环形器，所述光环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述光环形器的所述第一端口为所述双向耦合器的输入端，所述光环形器的第二端口为所述双向耦合器的第一输出端，所述光环形器的第三端口为所述双向耦合器的第二输出端。

5.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述双向耦合器包括光隔离器和光耦合器，所述光隔离器具有输入端和输出端，所述光耦合器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述光隔离器的输入端为所述双向耦合器的输入端，所述光隔离器的输出端连接所述光耦合器的第一输入端，所述光耦合器的输出端为所述双向耦合器的第一输出端，所述光耦合器的第二输入端为所述双向耦合器的第二输出端。

6.如权利要求1至5中任一项所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述光纤部分反射点对中的两光纤部分反射点为一根光纤上的两个部分反射光纤光栅，两个所述光纤光栅之间的光纤粘贴至连接振动源的结构件上，所述光纤的入射端连接所述双向耦合器的第一输出端。

7.如权利要求6所述的光纤振动检测***，其特征在于：两个所述光纤光栅的参数相同。

8.如权利要求1至3中任一项所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述光纤部分反射点对中的两光纤部分反射点为两根紧密贴合的具有不同长度的光纤的两个尾部端面，两根所述光纤中较长光纤多出的部分粘贴至连接振动源的结构件上。

9.如权利要求8所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述双向耦合器包括光隔离器和光耦合器，所述光隔离器具有输入端和输出端，所述光耦合器具有第一输入端、第二输入端和两个输出端，所述光隔离器的输入端为所述双向耦合器的输入端，所述光隔离器的输出端连接所述光耦合器的第一输入端，所述光耦合器的两个输出端为所述双向耦合器的第一输出端，所述光耦合器的第二输入端为所述双向耦合器的第二输出端，所述光耦合器的两个输出端直接连接两根所述光纤。

10.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述光纤部分反射点对中的部分反射点的反射谱宽涵盖所述啁啾脉冲光源的波长调节范围。

11.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述啁啾脉冲光序列中各啁啾脉冲相同，所述啁啾脉冲光序列的脉冲重复频率为待测最大振动频率的两倍以上。

12.如权利要求1所述的光纤振动检测***，其特征在于：所述拍频干涉信号的频率由所述啁啾脉冲光序列的啁啾量和所述光纤部分反射点对中的两个部分反射点的间距决定，所述拍频干涉信号的频率在所述光电探测器的带宽之内。

13.一种光纤振动检测方法，其特征在于：包括：

产生啁啾脉冲光序列；

通过光纤部分反射点对中的两部分反射点对啁啾脉冲光分别进行反射，以产生相互时延的两个反射光脉冲；

相互时延的所述两个反射光脉冲干涉产生拍频干涉信号；

求解所述拍频干涉信号的相位；以及

通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息。

14.如权利要求13所述的光纤振动检测方法，其特征在于：还包括：

对所述拍频干涉信号进行预处理，以得到预处理后的拍频干涉信号，

其中，所述求解所述拍频干涉信号的相位包括：求解所述预处理后的拍频干涉信号的相位。

15.如权利要求14所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述对所述拍频干涉信号进行预处理包括：

对所述拍频干涉信号进行滤波去噪；

对滤波后的拍频干涉信号进行归一化；及

去除归一化后的拍频干涉信号中的直流分量。

16.如权利要求15所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述对滤波后的拍频干涉信号进行归一化包括：

对滤波后的拍频干涉信号相对于入射的啁啾脉冲光的包络来进行归一化。

17.如权利要求15所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述对滤波后的拍频干涉信号进行归一化包括：

从所述滤波后的拍频干涉信号中提取包络，再相对于提取的所述包络进行归一化。

18.如权利要求13所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述求解所述拍频干涉信号的相位包括：

对所述拍频干涉信号进行希尔伯特变化，获得所述拍频干涉信号随时间的相位线性变化规律；

根据获得的所述相位线性变化规律在所述拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的各数据点；及

通过寻得的所述各数据点的信号强度来求解获得所述拍频干涉信号的相位。

19.如权利要求18所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述根据获得的所述相位线性变化规律在所述拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的各数据点包括：根据获得的所述相位线性变化规律在每帧所述拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的一组数据点，

其中，所述通过寻得的所述各数据点的信号强度来求解获得所述拍频干涉信号的相位包括：

通过寻得的每帧所述一组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号上单个固定点的相位值；及

根据求解得到的每帧所述拍频干涉信号上所述单个固定点的相位值，获得所述单个固定点的相位随时间的变化曲线，

其中，所述通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息包括：通过所述单个固定点的相位随时间的变化曲线来计算得到所述光纤振动信息。

20.如权利要求19所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述一组数据点包含相位相差120度的三个点，所述通过寻得的每帧所述一组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号单个固定点的相位值包括：

通过每帧所述三个点的信号强度的运算来求解得到每帧所述拍频干涉信号上所述单个固定点的相位值。

21.如权利要求19所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述一组数据点包含相位相差90度的两个点，所述通过寻得的每帧所述一组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号单个固定点的相位值包括：

通过每帧所述两个点的信号强度的运算来求解得到每帧所述拍频干涉信号上所述单个固定点的相位值。

22.如权利要求18所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述根据获得的所述相位线性变化规律在所述拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的各数据点包括：根据获得的所述相位线性变化规律在每帧所述拍频干涉信号上寻找求解相位值所需的多组数据点，

其中，所述通过寻得的所述各数据点的信号强度来求解获得所述拍频干涉信号的相位包括：

通过寻得的每帧所述多组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号上多个固定点的相位值；

根据求解得到的每帧所述拍频干涉信号上所述多个固定点的相位值，获得多组相位随时间的变化曲线；

对所述多组相位随时间的变化曲线分别进行相位补偿；及

对相位补偿后的多组相位随时间的变化曲线进行累加平均去噪来获得累加平均后的相位随时间的变化曲线，

其中，所述通过所述拍频干涉信号的相位来解调获得光纤振动信息包括：通过所述累加平均后的相位随时间的变化曲线来计算得到所述光纤振动信息。

23.如权利要求22所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述多组数据点中的每组数据点包含相位相差120度的三个点，所述通过寻得的每帧所述多组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号上多个固定点的相位值包括：

通过每帧多组中所述三个点的信号强度的运算来求解得到每帧所述拍频干涉信号上多个固定点的相位值。

24.如权利要求22所述的光纤振动检测方法，其特征在于：所述多组数据点中的每组数据点包含相位相差90度的两个点，所述通过寻得的每帧所述多组数据点的信号强度来求解获得每帧所述拍频干涉信号上多个固定点的相位值包括：

通过每帧多组中所述两个点的信号强度的运算来求解得到每帧所述拍频干涉信号上多个固定点的相位值。

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