[发明专利]一种基于布里渊光时域反射仪的频移提取的方法和装置

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于布里渊光时域反射仪的频移提取的方法和装置。接收布里渊光时域反射仪的采集到的数据，获取数据的二维坐标，其中，二维坐标的纵坐标为扫描频率，二维坐标的横坐标为数据采集点对应的光纤位置；在二维矩阵的每一行数据中分别筛选出初值数据集；对初值数据集中的数据进行拟合，根据拟合结果获得数据的布里渊增益谱，根据布里渊增益谱获取频移。本发明通过对采集到的布里渊光时域反射仪的数据进行筛选，减少了拟合的计算量，减少了可能出现的错误数据，提高了频移的计算效率和计算精度和计算速度。

【技术领域】

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于布里渊光时域反射仪的频移提取的方法和装置。

【背景技术】

布里渊光时域反射仪具有结构简单，成本较低，使用方便等优点，所以要实现单端长距离传输、温度和应变的同时测量，布里渊光时域反射仪是比较合适的选择。美中不足的是自发布里渊散射光信号比较微弱，与入射光相较低约50dB，易受到光纤中噪声的干扰，因此对于布里渊光时域反射仪，信号的检测与处理是非常关键的一环。常规的去噪算法对于拟合结果精度提升均具有一定效果。高斯滤波和小波变换去噪的软阈值方法对于测量误差的改善效果都不是很明显，并且小波变换去噪算法的算法流程较为复杂，运算时间较长。神经网络算法对于光纤前端的误差改善较为明显，但是对于尾端反而增加了误差，所以神经网络的效果非常不稳定。

对布里渊光时域反射仪的背向布里渊散射信号中的布里渊频移提取主要是使用算法处理，以某个位置的布里渊增益谱为例，找到布里渊增益最大处对应的中心频率，即为相应位置布里渊频移。由于布里渊增益与温度和应力近似成线性关系，因此根据比例系数可以解调出对应光纤位置的温度/应力，进而得到整条光纤的温度/应力分布。由于洛伦兹拟合相较于其他拟合算法对于信号的形状拟合效果更好，峰值的位置也可以被准确标定。特别是在光纤两端(信噪比较小)的中心频率标定中，洛伦兹拟合相对于其他拟合算法具有更小的误差水平。但是使用基于高斯牛顿迭代算法的洛伦兹拟合容易出现了很多比较严重的问题，主要的问题有两个：一是拟合鲁棒性不足，在某些特殊情况下会出现明显不符合实际的拟合结果，如某些位置上由于首端或尾端的噪声过大而在频率图谱上存在双峰现象，这些频谱数据作为拟合算法的初值，将会严重影响布里渊增益最大处的中心频率；第二点是计算速度的问题，由于高斯牛顿算法的时间复杂度是o(N²),N为参与拟合的点的数量，因此当N较大时，计算时间会较大，对系统的实时性有较大影响

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决目前的现象，是本技术领域待解决的问题。

【发明内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了现有频移算法数据噪声影响较大的问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于布里渊光时域反射仪的频移提取的方法，具体为：接收布里渊光时域反射仪的采集到的数据，获取数据的二维坐标，其中，二维坐标的纵坐标为扫描频率，二维坐标的横坐标为数据采集点对应的光纤位置；在二维矩阵的每一行数据中分别筛选出初值数据集；对初值数据集中的数据进行拟合，根据拟合结果获得数据的布里渊增益谱，根据布里渊增益谱获取频移。

优选的，在二维矩阵的每一行数据中分别筛选出初值数据集，具体包括：获取每行数据中扫描频率的最大值，得到扫描频率的最大值对应的光纤位置；以对应的光纤位置为中点，向光纤起点和光纤中点各取光纤总长度的四分之一数据。

优选的，在二维矩阵的每一行数据中分别筛选出初值数据集，还包括：若对应的光纤位置与光纤起点的距离小于光纤总长度的四分之一，初值数据集为光纤起点至光纤中点对应的数据；若对应的光纤位置与光纤尾端的距离小于光纤总长度的四分之一，初值数据集为光纤中点至光纤尾端的数据。