可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)及其解調(diào)方法
【專利摘要】一種可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)及其解調(diào)方法，包括：信號發(fā)生模塊、窄線寬激光光源模塊、掃頻切光脈沖模塊、環(huán)形器、傳感光纖、相干接收模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊；計算機(jī)通過產(chǎn)生多個頻段不同且無重疊的數(shù)字帶通濾波器，結(jié)合來自多個掃頻探測光脈沖的原始數(shù)據(jù)段，得到傳感光纖的反射率曲線；對反射率曲線進(jìn)行移相平均處理，得到無干涉和偏振衰落的多條綜合反射率曲線；對綜合反射率曲線作延遲差分處理，得到多條相位差分曲線；對相位差分曲線求方差，得到一條相位方差曲線；根據(jù)相位方差曲線中的方差作振動點(diǎn)的判定，得到振動點(diǎn)的位置和振動波形；本發(fā)明設(shè)計合理，定位準(zhǔn)確度高，可同時獲得高空間分辨率和長探測距離。
【專利說明】
可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)及其解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種光纖傳感領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種可消衰落噪聲的分布式光 纖振動傳感系統(tǒng)及其解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 振動傳感技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域，比如邊界入侵監(jiān)測、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、石油 管道安全監(jiān)測、地震波監(jiān)測等。傳統(tǒng)的振動傳感器一般是機(jī)械式或者電磁式的，存在很多問 題，比如:在強(qiáng)電場環(huán)境中，傳統(tǒng)振動傳感器易受電磁干擾，無法正常工作;在易燃易爆環(huán)境 中，會產(chǎn)生電火花，引發(fā)事故;在偏遠(yuǎn)場所，存在供電問題;無法實現(xiàn)分布式傳感。這些缺陷 嚴(yán)重地限制了傳統(tǒng)振動傳感器的實際應(yīng)用。
[0003] 自從20世紀(jì)70年代光纖被發(fā)明以來，光纖傳感技術(shù)也隨之蓬勃發(fā)展。除了可以用 于遠(yuǎn)距離高速率通信，光纖也具備感知外部物理參數(shù)的能力。利用這種敏感的特性，研究人 員發(fā)明了一系列的光纖傳感器件。其中分布式光纖振動傳感器是最近幾年來的研究熱點(diǎn)。 它相比于傳統(tǒng)的振動傳感器具有很多優(yōu)勢，比如:防水防潮;抗電磁干擾;使用安全;最重要 的是，具有分布式傳感和遠(yuǎn)距離傳感的能力。
[0004] 目前研究最多、使用最廣泛的分布式光纖振動傳感器是基于相位敏感光時域反射 儀傘-0了01?(口11&86 sensitive optical time domain reflectometry)的光纖振動傳感器。 它通過發(fā)射相干性極強(qiáng)的光脈沖到傳感光纖中，根據(jù)傳感光纖中各反射點(diǎn)的瑞利背向散射 光干涉的結(jié)果來檢測和定位振動，同時能夠得到振動的時域波形。它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、解 調(diào)算法簡單、定位準(zhǔn)確、信噪比高、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。但有一個嚴(yán)重的固有缺陷：空間分辨率 (即兩個振動事件同時發(fā)生且能被分辨的最小距離)和最大測量長度是矛盾的。由巾-0TDR 的原理可知，高的空間分辨率要求探測脈沖的長度很短，但是短脈沖的功率很低，這便使得 探測距離受限;反之亦然。
[0005] 除了原理上的缺陷外，現(xiàn)有的巾-0TDR檢測和定位振動的算法也有一定的問題。最 初的算法是根據(jù)瑞利背向散射光的強(qiáng)度變化來檢測和定位振動，這被稱為強(qiáng)度解調(diào)法。此 種算法雖然簡單、易實現(xiàn)，但是易受噪聲干擾，信噪比和靈敏度較低，而且反射光強(qiáng)度和振 動幅度大小是非線性關(guān)系，測量到的振動波形會失真，除此之外光偏振狀態(tài)對探測結(jié)果影 響很大。之后提出一種根據(jù)瑞利背向散射光的相位變化的算法，即相位解調(diào)法。此算法信噪 比和靈敏度極高，而且因為相位變化和振動幅度是線性關(guān)系，所以相位解調(diào)法能夠得到無 失真的振動波形。但相位解調(diào)法仍然存在問題:受到干涉衰落和偏振衰落的影響，許多反射 點(diǎn)的背向散射光的功率會非常的低，這導(dǎo)致這些點(diǎn)的相位解調(diào)出錯，而相位出錯的點(diǎn)會被 誤判為振動點(diǎn)。這個問題導(dǎo)致相位解調(diào)法無法準(zhǔn)確無誤的判斷振動點(diǎn)的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)信噪比較低、無法消除偏振衰落和干涉衰落噪聲等等缺陷， 提出一種可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)及其解調(diào)方法，通過掃頻射頻脈沖串信 號對傳感光纖進(jìn)行振動檢測，返回的瑞利背向散射光與參考光拍頻后采用匹配濾波器獲取 相位信息，再采用"變頻-移相平均"方法進(jìn)行消偏振衰落和消干涉衰落，根據(jù)無衰落噪聲的 相位信息準(zhǔn)確定位振動點(diǎn)的位置和振動波形，信噪比高。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明涉及一種可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，包括:信號發(fā)生模塊、 窄線寬激光光源模塊、掃頻切光脈沖模塊、環(huán)形器、傳感光纖、相干接收模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊 和數(shù)字信號處理模塊，其中：信號發(fā)生模塊向掃頻切光脈沖模塊輸入放大的掃頻射頻脈沖 串信號，同時信號發(fā)生模塊向數(shù)字信號處理模塊發(fā)送觸發(fā)信號；窄線寬激光光源模塊產(chǎn)生 的超窄線寬激光分為兩路，一路為探測光輸入掃頻切光脈沖模塊，另一路為參考光輸入相 干接收模塊;掃頻切光脈沖模塊輸出放大的掃頻探測光脈沖串，經(jīng)過環(huán)形器輸入傳感光纖； 傳感光纖產(chǎn)生的瑞利背向散射光經(jīng)環(huán)形器輸入相干接收模塊，與參考光在相干接收模塊中 拍頻，產(chǎn)生的拍頻光信號輸入光電轉(zhuǎn)換模塊;光電轉(zhuǎn)換模塊將拍頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并 輸入數(shù)字信號處理模塊進(jìn)行相位解調(diào)。
[0009] 所述的信號發(fā)生模塊包括:相連的信號發(fā)生器和射頻信號放大器。
[0010] 所述的信號發(fā)生器輸出的掃頻射頻脈沖串信號包括：多個等時間間距、相同掃頻 范圍和相同脈沖寬度的掃頻射頻脈沖信號。
[0011] 所述的窄線寬激光光源模塊包括:依次相連的窄線寬光纖激光器、光纖耦合器和 偏振控制器。
[0012] 優(yōu)選地，所述的光纖耦合器的分光比為90:10。
[0013] 所述的掃頻切光脈沖模塊包括:相連的聲光調(diào)制器/單邊帶調(diào)制器和摻餌光纖放 大器。
[0014] 所述的傳感光纖為普通單模通信光纖。
[0015]所述的相干接收模塊為50:50光纖親合器。
[0016]所述的光電轉(zhuǎn)換模塊為平衡探測器。
[0017]所述的數(shù)字信號處理模塊包括:相連的數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)，其中：數(shù)據(jù)采集卡對 輸入的電信號進(jìn)行采樣，將原始數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)進(jìn)行相位解調(diào)。
[0018] 本發(fā)明涉及一種基于上述系統(tǒng)的解調(diào)方法，計算機(jī)通過產(chǎn)生多個頻段不同且無重 疊的數(shù)字帶通濾波器，結(jié)合來自多個掃頻探測光脈沖的瑞利背向散射光的原始數(shù)據(jù)段，得 到傳感光纖的多條反射率曲線;采用移相平均法對反射率曲線進(jìn)行消衰落處理，得到無干 涉衰落和偏振衰落的多條綜合反射率曲線;對綜合反射率曲線作延遲差分處理，得到多條 相位差分曲線;對相位差分曲線求方差，得到一條相位方差曲線;最后根據(jù)相位方差曲線中 的方差進(jìn)行振動點(diǎn)的判定，得到振動點(diǎn)的位置和振動波形。
[0019] 所述的反射率曲線通過以下方法得到:計算機(jī)產(chǎn)生多個頻段不同且無重疊的數(shù)字 帶通濾波器，將來自多個掃頻探測光脈沖的原始數(shù)據(jù)段分成與數(shù)字帶通濾波器相同數(shù)量的 子數(shù)據(jù)段，將子數(shù)據(jù)段與匹配標(biāo)記的數(shù)字帶通濾波器作互相關(guān)運(yùn)算，得到傳感光纖的反射 率曲線集合。
[0020] 所述的移相平均法是指：以一條反射率曲線的共輒作為參考，與其他的反射率曲 線作相乘運(yùn)算，得到相位歸零的反射率曲線集合，并對相位歸零的反射率曲線作平均運(yùn)算， 得到無干涉衰落和偏振衰落的綜合反射率曲線。
[0021] 所述的延遲差分處理是指:取各條綜合反射率曲線的相位項為相位曲線，對相位 曲線進(jìn)行時延，將時移前后的相位曲線作差分得到差分相位曲線。
[0022] 所述的振動點(diǎn)的判定是指:如果相位方差曲線中的某點(diǎn)的方差大于0.02,則該點(diǎn) 為振動點(diǎn)。
[0023] 所述的振動點(diǎn)在傳感光纖上的對應(yīng)位置為： ，其中為光在光纖中的傳 播速度，ts為數(shù)據(jù)采集卡的采樣率，ko為振動點(diǎn)。
[0024] 所述的振動點(diǎn)的振動波形為差分相位曲線中振動點(diǎn)處的差分相位組成的新序列。 技術(shù)效果
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計新的反射儀結(jié)構(gòu)，發(fā)射長脈寬、大掃頻范圍的探測光 脈沖，可同時獲得大的空間分辨率和長的探測距離;采用的"變頻-移相平均"的相位解調(diào)算 法，能夠有效消除傳感光纖的反射率曲線上的由干涉衰落和偏振衰落導(dǎo)致的極弱點(diǎn)，進(jìn)而 消除相位解調(diào)錯誤，有利于準(zhǔn)確檢測和定位到振動，并且具有高信噪比。
【附圖說明】
[0026] 圖1為分布式光纖振動傳感系統(tǒng)示意圖；
[0027] 圖2為探測光脈沖的時頻譜圖；
[0028] 圖3為實施例輸出的曲線圖；
[0029] 圖中：（a)為綜合反射率的模曲線，（b)為綜合反射率的差分相位曲線，（c)為振動 點(diǎn)附近的綜合反射率的模曲線，（d)為振動點(diǎn)附近的綜合反射率的差分相位曲線；
[0030] 圖4為實施例輸出的振動點(diǎn)的振動信號譜圖；
[0031]圖中：（a)為第一個振動點(diǎn)的時域曲線圖，（b)為第一個振動點(diǎn)的功率譜圖，（c)為 第二個振動點(diǎn)的時域曲線圖，（d)為第二個振動點(diǎn)的功率譜圖；
[0032]圖中：1為信號發(fā)生器，2為射頻信號放大器，3為窄線寬光纖激光器，4為光纖耦合 器，5為聲光調(diào)制器，6為摻餌光纖放大器，7為環(huán)形器，8為傳感光纖，9為偏振控制器，10為 50:50光纖耦合器，11為平衡探測器，12為數(shù)據(jù)采集卡，13為計算機(jī)。
【具體實施方式】
[0033]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施 例。 實施例1
[0034]如圖1所示，本實施例包括:信號發(fā)生模塊、窄線寬激光光源模塊、掃頻切光脈沖模 塊、環(huán)形器7、傳感光纖8、相干接收模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號處理模塊，其中：信號發(fā) 生模塊向掃頻切光脈沖模塊輸入放大的掃頻射頻脈沖串信號，同時信號發(fā)生模塊向數(shù)字信 號處理模塊發(fā)送觸發(fā)信號;窄線寬激光光源模塊產(chǎn)生的超窄線寬激光進(jìn)入a端口分為兩路， 一路為探測光經(jīng)b端口輸入掃頻切光脈沖模塊，另一路為參考光經(jīng)c端口輸入相干接收模 塊;掃頻切光脈沖模塊輸出放大的掃頻探測光脈沖串，經(jīng)環(huán)形器7的a端口輸入并從b端口輸 出至傳感光纖8;傳感光纖8產(chǎn)生的瑞利背向散射光經(jīng)環(huán)形器7的b端口輸入并經(jīng)c端口輸出 至相干接收模塊，與參考光在相干接收模塊中拍頻，產(chǎn)生的拍頻光信號輸入光電轉(zhuǎn)換模塊； 光電轉(zhuǎn)換模塊將拍頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并輸入數(shù)字信號處理模塊進(jìn)行相位解調(diào)。
[0035] 所述的傳感光纖8的全長為10km。
[0036] 所述的信號發(fā)生模塊包括:相連的信號發(fā)生器1和射頻信號放大器2。
[0037]如圖2所示，所述的信號發(fā)生器1輸出的掃頻射頻脈沖串信號包括:多個等時間間 距T、相同掃頻范圍F和相同脈沖寬度w的掃頻射頻脈沖信號。
[0038]所述的掃頻射頻脈沖信號的時間間距T為120ys，掃頻范圍F為150~250MHz，脈沖 寬度印為4ys。
[0039] 所述的窄線寬激光光源模塊包括:依次相連的窄線寬光纖激光器3、光纖耦合器4 和偏振控制器9。
[0040] 所述的光纖耦合器4的分光比為90:10。
[0041 ] 所述的掃頻切光脈沖模塊包括:相連的聲光調(diào)制器5和摻t耳光纖放大器6。
[0042]所述的傳感光纖8為普通單模通信光纖。
[0043]所述的相干接收模塊為50:50光纖耦合器10。
[0044]所述的光電轉(zhuǎn)換模塊為平衡探測器11。
[0045]所述的平衡探測器11的帶寬為400MHz。
[0046]所述的數(shù)字信號處理模塊包括:相連的數(shù)據(jù)采集卡12和計算機(jī)13,其中：數(shù)據(jù)采集 卡12對輸入的電信號進(jìn)行采樣，將原始數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)13進(jìn)行相位解調(diào)。
[0047]所述的數(shù)據(jù)采集卡12的采樣率ts為lGSa/s，分辨率為8bit。
[0048]本實施例涉及上述系統(tǒng)的解調(diào)方法，為"變頻-移相平均"法，包括以下步驟：
[0049]步驟1、計算機(jī)13將數(shù)據(jù)采集卡12采樣的來自N個掃頻探測光脈沖的原始數(shù)據(jù)段按 時間順序標(biāo)記，即：&11(1〇;1^=1，-_，1(};11=1，-_，1'1，其中 ：1(為來自單個掃頻探測光脈沖的 原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù);并產(chǎn)生L個頻段不同且無重疊的數(shù)字帶通濾波器{hWk) ;k=l，…， K};1 = 1，…，L，將標(biāo)記后的原始數(shù)據(jù)段分成L個子數(shù)據(jù)段再行標(biāo)記，即：{xuahkzl，…， K} ；n = l, ??? ,N； 1 = 1, ??? ,L〇
[0050] 步驟2、將上一步驟得到的NXL個子數(shù)據(jù)段與各自對應(yīng)匹配的數(shù)字帶通濾波器{In (k) ;k=l,…，K} ;1 = 1,…，L作互相關(guān)運(yùn)算，得到傳感光纖8的NXL條反射率曲線。
[0051] 所述的反射率曲線為 索引符號，*表示取共輒，反射率為復(fù)數(shù)。
[0052]所述的反射率曲線上存在干涉衰落和偏振衰落。
[0053 ]步驟3、取來自標(biāo)記為1的掃頻探測光脈沖的反射率曲線{Ri,i(k);k=l，…，K};1 = 1，…，L的共輒丨…= 作為參考，與其他反射率曲線相乘，得到NXL條相 位歸零的反射率曲線:丨c,⑷=& ,⑷欠丨:"=V 二
[0054] 步驟4、對上一步驟得到的相位歸零的反射率曲線作平均運(yùn)算，得到N條無干涉衰 落和偏振衰落的綜合反射率曲線:=p;,,⑷汝=1，…，尤};? = I，…，W。
[0055] 步驟5、取上一步驟得到的N條綜合反射率曲線的相位項，得到N條相位曲線：{ (i>n (k) =angle[rn(k) ];k=l，...，K};n=l，...，N〇
[0056] 以n=l時為例，L條反射率曲線
同一個掃頻探測光脈沖的瑞利背向散射光的L個部分，這L條反射率曲線上都存在著嚴(yán)重的 干涉衰落和偏振衰落點(diǎn)，這些衰落點(diǎn)的反射率的模值很小，導(dǎo)致這些點(diǎn)的相位解調(diào)會出錯。 但因為這L個部分的頻率各不相同，所以這L條反射率曲線也各不相同，即干涉衰落和偏振 衰落導(dǎo)致的極弱點(diǎn)在這L條反射率曲線上的位置也各不相同。對這L條反射率曲線做平均運(yùn) 算便能夠消除這些極弱點(diǎn)，從而消除這些點(diǎn)上出現(xiàn)的相位解調(diào)錯誤。但是由于反射率是復(fù) 數(shù)，由復(fù)數(shù)加法的知識可知，復(fù)數(shù)相加的結(jié)果的模值不一定變大，有時會變小。為了使反射 率相加后的模值最大化，需要先旋轉(zhuǎn)反射率，使它們的夾角歸零，然后再相加。
[0057] 步驟6、對上一步驟得到的N條相位曲線時延M個單位，再將時移前后的相位曲線作 差分，得到N條差分相位曲線：{ A (J>n(k) = <K(k)-<K(k-M) ;k=l，???，K} ;n = l，…，N。
[0058]步驟7、對上一步驟得到的N條差分相位曲線求方差，得到一條相位方差曲線：
[0059]步驟8、如果上一步驟得到的相位方差曲線中k = ko處的方差大于0.02,則該點(diǎn)為 振動點(diǎn)，其位置為：
，其中為光在光纖中的傳播速度，ts為數(shù)據(jù)采集卡12的采樣 率;振動點(diǎn)的振動波形為步驟6得到的N條差分相位曲線中k = k〇處的差分相位組成的新序 列：{ A 傘 k〇(n);n = 1，…，N} 〇
[0060]本實施例的空間分辨率a Z由掃頻探測光脈沖的掃頻范圍大小A F決定，即 ，其中：y為掃頻速度。
[0061 ]如圖3和圖4所不，本實施例設(shè)置兩個振動點(diǎn)，分別在傳感光纖8的9.83km處發(fā)生頻 率為1 kHz的單頻振動、在9.93km處發(fā)生頻率為4kHz的單頻振動，兩個振動點(diǎn)的振動覆蓋范 圍均為10m。
[0062] 本實施例N = 80, L = 4,時延單位M= 50;四個頻段分別為150~170MHz、175~ 195MHz、200~220MHz和225~245MHz;則80個掃頻探測光脈沖的原始數(shù)據(jù)段按時間順序標(biāo) 記為{xn(k) ;k=l，…，K} ;n=l，…，80,分成的80X4 = 320個子數(shù)據(jù)段標(biāo)記為{xn,i(k) ;k = l，...，K};n = l，...，80;l = l，...，4。
[0063]本實施例得到的反射率曲線為：
[0064；
，相位歸零的反射率曲線為 啊，…，…5§0;/二1,.-，4,綜合反射率曲線為：
[0066] { (j>n(k)=angle[;rn(k)] ;k=l，…，K} ;n=l，…，80,差分相位曲線為：
[0067] { A 巾 n(k) = <K(k)-<i) n(k_50) ;k = l，…，K} ;n = l，…，80,相位方差曲線為：
[0069] 如圖3(d)所示，k在[98200,98400]和[99200,99300]范圍內(nèi)的方差遠(yuǎn)大于0.02,可 判定這兩段內(nèi)發(fā)生振動，振動位置z在9830m和9930m，與設(shè)定的振動位置相吻合;兩個振動 點(diǎn)的振動波形分別為{ A巾983QQ(n) ;n = 1，…，80}和{ A巾993Q()(n) ;n = 1，…，80}，獲取的振 動波形的信噪比達(dá)到30dB，如圖4(b)和(d)所示。
[0070] 本實施例基于新的反射儀結(jié)構(gòu)的分布式光纖傳感系統(tǒng)克服了存在于傳統(tǒng)的小-0TDR系統(tǒng)中空間分辨率和動態(tài)范圍的矛盾，同時獲得了 20dB的高動態(tài)范圍和5m的高空間分 辨率，如圖3(a)和(d)所示;采用"變頻-移相平均"的相位解調(diào)算法，解決了傳統(tǒng)相位解調(diào)方 法中偏振衰落和干涉衰落的問題，準(zhǔn)確定位振動位置，同時保持高信噪比。
【主權(quán)項】
1. 一種可消衰落噪聲的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括:信號發(fā)生模塊、 窄線寬激光光源模塊、掃頻切光脈沖模塊、環(huán)形器、傳感光纖、相干接收模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊 和數(shù)字信號處理模塊，其中：信號發(fā)生模塊向掃頻切光脈沖模塊輸入放大的掃頻射頻脈沖 串信號，同時信號發(fā)生模塊向數(shù)字信號處理模塊發(fā)送觸發(fā)信號；窄線寬激光光源模塊產(chǎn)生 的超窄線寬激光分為兩路，一路為探測光輸入掃頻切光脈沖模塊，另一路為參考光輸入相 干接收模塊;掃頻切光脈沖模塊輸出放大的掃頻探測光脈沖串，經(jīng)過環(huán)形器輸入傳感光纖； 傳感光纖產(chǎn)生的瑞利背向散射光經(jīng)環(huán)形器輸入相干接收模塊，與參考光在相干接收模塊中 拍頻，產(chǎn)生的拍頻光信號輸入光電轉(zhuǎn)換模塊;光電轉(zhuǎn)換模塊將拍頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并 輸入數(shù)字信號處理模塊進(jìn)行相位解調(diào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征是，所述的信號發(fā)生模塊包 括:相連的信號發(fā)生器和射頻信號放大器，信號發(fā)生器輸出的掃頻射頻脈沖串信號包括:多 個等時間間距、相同掃頻范圍和相同脈沖寬度的掃頻射頻脈沖信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征是，所述的窄線寬激光光源 模塊包括:依次相連的窄線寬光纖激光器、光纖耦合器和偏振控制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征是，所述的掃頻切光脈沖模 塊包括:相連的聲光調(diào)制器/單邊帶調(diào)制器和摻餌光纖放大器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)字信號處理模 塊包括:相連的數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)，其中：數(shù)據(jù)采集卡對輸入的電信號進(jìn)行采樣，將原始 數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)進(jìn)行相位解調(diào)。6. -種基于上述任一權(quán)利要求所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)的解調(diào)方法，其特征在于， 計算機(jī)通過產(chǎn)生多個頻段不同且無重疊的數(shù)字帶通濾波器，結(jié)合來自多個掃頻探測光脈沖 的瑞利背向散射光的原始數(shù)據(jù)段，得到傳感光纖的多條反射率曲線;采用移相平均法對反 射率曲線進(jìn)行消衰落處理，得到無干涉衰落和偏振衰落的多條綜合反射率曲線;對綜合反 射率曲線作延遲差分處理，得到多條相位差分曲線;對相位差分曲線求方差，得到一條相位 方差曲線；最后根據(jù)相位方差曲線中的方差進(jìn)行振動點(diǎn)的判定，得到振動點(diǎn)的位置和振動 波形。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的解調(diào)方法，其特征是，所述的反射率曲線通過以下方法得到： 計算機(jī)產(chǎn)生多個頻段不同且無重疊的數(shù)字帶通濾波器，將來自多個掃頻探測光脈沖的原始 數(shù)據(jù)段分成與數(shù)字帶通濾波器相同數(shù)量的子數(shù)據(jù)段，將子數(shù)據(jù)段與匹配標(biāo)記的數(shù)字帶通濾 波器作互相關(guān)運(yùn)算，得到傳感光纖的反射率曲線集合。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的解調(diào)方法，其特征是，所述的移相平均法是指：以一條反射率 曲線的共輒作為參考，與其他的反射率曲線作相乘運(yùn)算，得到相位歸零的反射率曲線集合， 并對相位歸零的反射率曲線作平均運(yùn)算，得到無干涉衰落和偏振衰落的綜合反射率曲線。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的解調(diào)方法，其特征是，所述的延遲差分處理是指:取各條綜合 反射率曲線的相位項為相位曲線，對相位曲線進(jìn)行時延，將時移前后的相位曲線作差分得 到差分相位曲線。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的解調(diào)方法，其特征是，所述的振動點(diǎn)的判定是指：當(dāng)相位方差 曲線中的某點(diǎn)的方差大于0.02,則該點(diǎn)為振動點(diǎn)；該振動點(diǎn)的位置為：，其中：c'為 光在光纖中的傳播速度，ts為數(shù)據(jù)采集卡的采樣率，ko為振動點(diǎn)；振動點(diǎn)的振動波形為差分 相位曲線中振動點(diǎn)處的差分相位組成的新序列。
【文檔編號】G01H9/00GK106052842SQ201610635522
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610635522.8, CN 106052842 A, CN 106052842A, CN 201610635522, CN-A-106052842, CN106052842 A, CN106052842A, CN201610635522, CN201610635522.8
【發(fā)明人】何祖源, 劉慶文, 陳典, 樊昕昱
【申請人】上海交通大學(xué)