一種botdr空間分辨率提升方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種BOTDR空間分辨率提升方法，依據(jù)布里淵譜信號的疊加理論，對測試布里淵譜信號中的無應(yīng)變信號進行削弱、消除，從而在不改動硬件的前提下，測量更短作用距離上光纖的應(yīng)變變化，實現(xiàn)空間分辨率的提升，進一步提升BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。布里淵譜信號的疊加理論是指在BOTDR產(chǎn)品中，在探測光發(fā)出后的任何時刻，BOTDR在任意無限小的時間段內(nèi)接收到的布里淵散射譜所包含的信息是光纖中該時刻探測光脈沖經(jīng)過的光纖長度上的所有應(yīng)變信息的疊加。采用上述方案，提升了空間分辨率、擴大了BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、無需改動硬件，改進成本低。
【專利說明】—種BOTDR空間分辨率提升方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于BOTDR空間分辨率提升方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種BOTDR空間分辨率提升方法。

【背景技術(shù)】
[0002]布里淵光時域反射計(BOTDR)依靠測量光纖中后向布里淵散射光的布里淵頻移分布計算光纖的應(yīng)變分布，脈沖光以一定的頻率自光纖一端入射，入射的脈沖光與光纖中的聲子發(fā)生相互作用后產(chǎn)生布里淵散射，后向布里淵散射光沿光纖原路返回到入射端。由于光纖中布里淵散射光頻移與光纖軸向應(yīng)變和溫度間存在線性關(guān)系，因此測量出光纖的布里淵散射頻移分布即可計算出光纖中的應(yīng)變分布。布里淵光時域反射計具有低能源依賴性、高環(huán)境耐受性、抗電磁干擾、抗腐蝕、防水、抗潮濕、溫度適應(yīng)性強等特性，并且由于可以單端測量，施工難度較低而廣受關(guān)注。布里淵光時域反射計可用于巖土工程健康監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測、電纜及管道的健康監(jiān)測等領(lǐng)域，是工程領(lǐng)域用于取代傳統(tǒng)點式傳感器的最有力的產(chǎn)品之一。
[0003]現(xiàn)有BOTDR產(chǎn)品的空間分辨率由主要由探測光脈沖的脈沖寬度決定，探測光脈沖寬度越窄則BOTDR的空間分辨率越高，同時自發(fā)布里淵散射譜寬越寬，信號強度越小。目前的BOTDR產(chǎn)品的探測光脈沖只能短至1ns (對應(yīng)空間分辨率為Im)。在實際應(yīng)用中，有許多情況需要測量幾厘米、幾十厘米作用距離上的應(yīng)變變化，現(xiàn)有BOTDR產(chǎn)品由于空間分辨率的限制，難以滿足高空間分辨率的應(yīng)用要求，大大影響了 BOTDR產(chǎn)品的推廣及應(yīng)用。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種BOTDR空間分辨率提升方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種BOTDR空間分辨率提升方法，其中，包括以下步驟:
[0008]步驟101:從測試環(huán)境讀取測試布里淵譜數(shù)據(jù)D ；
[0009]步驟102:從測試環(huán)境讀取測試參數(shù)P，包括脈沖寬度PW、無應(yīng)變中心頻率CF0、應(yīng)變系數(shù)CS ；
[0010]步驟103:根據(jù)測試參數(shù)P中的脈沖寬度PW和無應(yīng)變中心頻率CFO依照洛倫茲函數(shù)或高斯函數(shù)形式生成無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS ；
[0011]步驟104:將測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS進行差分運算；
[0012]步驟105:差分運算結(jié)果為無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC ；
[0013]步驟106:對無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC進行洛倫茲擬合或高斯擬合，得到中心頻率CF ；
[0014]步驟107:利用中心頻率CF、應(yīng)變系數(shù)CS、無應(yīng)變中心頻率CF0，計算應(yīng)變數(shù)據(jù)S ；
[0015]步驟108:輸出應(yīng)變數(shù)據(jù)S。
[0016]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述步驟101中，所述測試布里淵譜數(shù)據(jù)D為儀器測試得到的布里淵譜數(shù)據(jù)。
[0017]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述步驟102中，所述測試參數(shù)P為儀器測試使用的測試參數(shù)。
[0018]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述步驟103中，生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定；DUS的中心頻率為無應(yīng)變中心頻率CFO ；DUS的峰值功率與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D的峰值功率相同；生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS的頻率范圍應(yīng)與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D相同。
[0019]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定。
[0020]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述脈沖寬度PW與3dB帶寬的關(guān)系為:1ns對應(yīng)60MHz的3dB帶寬、20ns對應(yīng)40MHz的3dB帶寬或50ns對應(yīng)30MHz的3dB帶寬。
[0021]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述步驟104中，差分運算時，測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS均為線性數(shù)據(jù)；如果測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS為對數(shù)數(shù)據(jù)，則先進行線性轉(zhuǎn)換后再進行差分運算。
[0022]所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其中，所述步驟107中，應(yīng)變數(shù)據(jù)S的計算公式為:S = (CF-CFO)*CS。
[0023]采用上述方案，提升了空間分辨率、擴大了 BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、無需改動硬件，改進成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，本發(fā)明提供一種BOTDR空間分辨率提升方法，其中，包括
[0028]以下步驟:
[0029]步驟101:從測試環(huán)境讀取測試布里淵譜數(shù)據(jù)D ；
[0030]步驟102:從測試環(huán)境讀取測試參數(shù)P，包括脈沖寬度PW、無應(yīng)變中心頻率CF0、應(yīng)變系數(shù)CS ；
[0031]步驟103:根據(jù)測試參數(shù)P中的脈沖寬度PW和無應(yīng)變中心頻率CFO依照洛倫茲函數(shù)或高斯函數(shù)形式生成無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS ；
[0032]步驟104:將測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS進行差分運算；
[0033]步驟105:差分運算結(jié)果為無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC ；
[0034]步驟106:對無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC進行洛倫茲擬合或高斯擬合，得到中心頻率CF ；
[0035]步驟107:利用中心頻率CF、應(yīng)變系數(shù)CS、無應(yīng)變中心頻率CF0，計算應(yīng)變數(shù)據(jù)S ；
[0036]步驟108:輸出應(yīng)變數(shù)據(jù)S。
[0037]所述步驟101中，所述測試布里淵譜數(shù)據(jù)D為儀器測試得到的布里淵譜數(shù)據(jù)。
[0038]所述步驟102中，所述測試參數(shù)P為儀器測試使用的測試參數(shù)。
[0039]所述步驟103中，生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定；DUS的中心頻率為無應(yīng)變中心頻率CFO ；DUS的峰值功率與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D的峰值功率相同；生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS的頻率范圍應(yīng)與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D相同。
[0040]所述生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定。所述脈沖寬度PW與3dB帶寬的示例關(guān)系為:10ns對應(yīng)60MHz的3dB帶寬、20ns對應(yīng)40MHz的3dB帶寬或50ns對應(yīng)30MHz的3dB帶寬。
[0041]所述步驟104中，差分運算時，測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS均為線性數(shù)據(jù)；如果測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS為對數(shù)數(shù)據(jù)，則先進行線性轉(zhuǎn)換后再進行差分運算。
[0042]所述步驟107中，應(yīng)變數(shù)據(jù)S的計算公式為:S = (CF-CFO) *CS。
[0043]本發(fā)明依據(jù)布里淵譜信號的疊加理論，對測試布里淵譜信號中的無應(yīng)變信號進行削弱、消除，從而在不改動硬件的前提下，測量更短作用距離上光纖的應(yīng)變變化，實現(xiàn)空間分辨率的提升，進一步提升BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。布里淵譜信號的疊加理論是指在BOTDR產(chǎn)品中，在探測光發(fā)出后的任何時刻，BOTDR在任意無限小的時間段內(nèi)接收到的布里淵散射譜所包含的信息是光纖中該時刻探測光脈沖經(jīng)過的光纖長度上的所有應(yīng)變信息的疊加。采用上述方案，提升了空間分辨率、擴大了 BOTDR產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域、無需改動硬件，改進成本低。
[0044]應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟101:從測試環(huán)境讀取測試布里淵譜數(shù)據(jù)D ； 步驟102:從測試環(huán)境讀取測試參數(shù)P，包括脈沖寬度PW、無應(yīng)變中心頻率CF0、應(yīng)變系數(shù)CS ； 步驟103:根據(jù)測試參數(shù)P中的脈沖寬度PW和無應(yīng)變中心頻率CFO依照洛倫茲函數(shù)或高斯函數(shù)形式生成無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS ； 步驟104:將測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS進行差分運算； 步驟105:差分運算結(jié)果為無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC ； 步驟106:對無本征峰布里淵譜數(shù)據(jù)DC進行洛倫茲擬合或高斯擬合，得到中心頻率CF ； 步驟107:利用中心頻率CF、應(yīng)變系數(shù)CS、無應(yīng)變中心頻率CF0，計算應(yīng)變數(shù)據(jù)S ； 步驟108:輸出應(yīng)變數(shù)據(jù)S。
2.如權(quán)利要求1所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述步驟101中，所述測試布里淵譜數(shù)據(jù)D為儀器測試得到的布里淵譜數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述步驟102中，所述測試參數(shù)P為儀器測試使用的測試參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述步驟103中，生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定；DUS的中心頻率為無應(yīng)變中心頻率CFO ；DUS的峰值功率與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D的峰值功率相同；生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS的頻率范圍應(yīng)與測試布里淵譜數(shù)據(jù)D相同。
5.如權(quán)利要求4所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述生成的無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS中的3dB帶寬由脈沖寬度PW確定。
6.如權(quán)利要求5所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述脈沖寬度PW與3dB帶寬的關(guān)系為:10ns對應(yīng)60MHz的3dB帶寬、20ns對應(yīng)40MHz的3dB帶寬或50ns對應(yīng)30MHz的3dB帶寬。
7.如權(quán)利要求1所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述步驟104中，差分運算時，測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS均為線性數(shù)據(jù)；如果測試布里淵譜數(shù)據(jù)D與無應(yīng)變布里淵譜數(shù)據(jù)DUS為對數(shù)數(shù)據(jù)，則先進行線性轉(zhuǎn)換后再進行差分運算。
8.如權(quán)利要求1所述的BOTDR空間分辨率提升方法，其特征在于，所述步驟107中，應(yīng)變數(shù)據(jù)S的計算公式為:S = (CF-CFO)*CS。
【文檔編號】G01D5/26GK104316089SQ201410580130
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】袁明, 閆繼送, 張志輝, 閆寶東 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所