[发明专利]一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅传感信号的抗偏振衰落方法及报警算法，首先使用三态偏振分集接收器接收两相邻光纤光栅反射回来的干涉信号，将偏振态不确定的干涉信号分成三路，再由系统的信号发生器调制形成每路三组移相光强信号。然后通过每路的三组移相光强信号在一段采样时间中相互比较求解三路移相光强信号干涉对比度的大小，确定三路移相光强信号中对比度最好的一路，再结合三步移相算法进行光纤传感器振动的相位解调。然后采用离散差分算法处理相位信号序列并设定报警的阈值，统计差分后离散差分信号超过阈值的数目判断是否报警。该判定干涉信号对比度的方法实时性强，准确性高；报警算法监测动态信号变化能力强、精度较高、抗环境干扰能力强。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法。

背景技术

在我国，随着改革开放政策的深入实施，社会财富高速增加，国人同样对安全的需求愈来愈高，愈来愈广。国内周界安防产品最近几年将保持快速发展的态势，发展潜力巨大。

和传统的电子传感器相比，光纤光栅传感器光纤传感器具有尺寸小，重量轻，成本低廉，抗电磁干扰，灵敏度高，安全可靠，耐腐蚀，可进行分布式测量，易于组网等诸多优点，已经广泛应用于对温度，振动，应力等参量的测量。

在实际工作中，系统从传感光纤上接收到的信号包括入侵振动信号、扰动信号和噪声信号。对三种信号的报警判断常见的三种信号分析算法分别为：统计算法、信息熵算法和FFT分析算法。

统计算法主要从信号幅度和信号持续时间两方面来区分入侵信号和噪声信号。当外力作用在传感光纤上，系统接收到的入侵信号幅度有明显变化，且持续时间相对较长，而噪声信号幅度相对较小，且幅度持续时间长。该算法关键在于设置合理的脉冲下限阈值，若阈值合理，可有效区分三种信号。为取得合理的下限阈值，需要进行大量的实地测试，获得一手数据，进而分析得到相对合理的阈值；信息熵是信息论中用于度量信息量大小的一个概念，信息量越大，其熵值也就越大。可以用信息熵来衡量信号，统计采集的信号量在各个区间的分布情况，进而可计算出该信号的信息熵，熵值越大，信号所含信息量也就越多。通过信号的信息熵，即该信号所含的信息量，作为判定入侵的依据。统计算法和信息熵算法都是在时域进行分析，其中统计算法更多是针对不同信号的脉冲形状进行统计，而信息熵则是根据信号不同区间的概率分布得到的，与采样值之间并无直接关系，在区分入侵信号和扰动信号上效果更好；FFT是快速离散傅里叶变换，可以将信号从时域变换到频域，当信号在时域很难分辨其特征时，变换到频域上则容易区分。

中国专利《基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法及装置》(CN107290042A)中，信号系统解调光强相位时，直接采集从环形器3端口传出的干涉光强信号进行三步移相法的求解，再经解包后得到干涉信号的相位信息。在此过程中，由光纤光栅组返回干涉光强信号的偏振方向是不确定的，由探测器直接接收会导致信号强度差的情况，严重时会采集不到光强信号影响后续的解调过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法，解决了数据采集模块接收到环形器输出的干涉光强信号弱的缺点、实现了对不确定偏振态干涉信号的采集；简化了并实现了实时性强、抗环境干扰能力强、准确度较高的报警算法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤传感信号的抗偏振衰落报警算法，方法步骤如下：

步骤1、打开激光光源，使出射光依次经过隔离器、光开关和相位调制器。其中，信号发生器分别与光开关和相位调制器连接，由信号发生器产生脉冲信号作用于光开关，产生连续光脉冲，作用于相位调制器，产生连续相位脉冲调制。形成经相位调制的激光脉冲光束；经过相位调制的激光脉冲光束进入环形器的第 1端口，通过其第2端口进入熔接的光纤光栅组。光纤光栅组可以感应环境的振动信号，而当脉冲光束透过光纤光栅组中的不同光纤光栅时，均有部分脉冲光束返回环形器，相邻两光纤光栅反射的信号在环形器中产生干涉，接着从环形器第 3端口输出干涉信号。