[发明专利]基于Hadamard矩阵自相关特性的长距离光纤传感方法

摘要

基于Hadamard矩阵自相关特性的长距离光纤传感方法，利用矩阵的行向量作为探测脉冲编码的码字；分别将以A和B矩阵的行向量作为码字的序列脉冲输入光纤，返回的布里渊信号与激光器输出的连续光相干；相干信号用频谱分析仪采集，获得一个频率点下的信号功率分布，将得到的结果相减；用Hadamard矩阵的行向量Hi与对应的散射信号进行相关，然后将相关结果求和后除以n²，得等效单个脉冲输入光纤中获得的散射光功率；在每个所需要的频率点，都重复以上步骤；获得每个时刻对应的由离散点组成的布里渊功率谱；利用功率谱的中心频率，峰值功率和半峰全宽与温度和应力的对应关系进行传感。

主权项

1、基于Hadamard矩阵自相关特性的长距离光纤传感方法，其特征是利用Hadamard矩阵的行向量作为探测脉冲编码的码字，用相干和扫频的方式获取信号后进行数据处理，以提高布里渊光纤激光器的传输距离；步骤为：1)将双极性的Hadamard矩阵H表示成两个单极性矩阵A和B的差：H＝A-BAij=1Hij=10Hij=-1]]>Bij=1Hij=-10Hij=1---(1)]]>2)首先用频谱分析仪测出光纤散射的布里渊功率谱的大概的频率位置；假设最终获得的布里渊功率谱分布在a～bMHz处，那么在a～bMH之间，每隔一定频率采集该频率点处的功率分布信号；然后依次执行如下几个过程；3).分别将以A和B矩阵的行向量作为码字的序列脉冲输入光纤，返回的布里渊信号与激光器输出的连续光相干；相干信号用频谱分析仪的zero—span模式采集，获得一个频率点下的信号功率分布，将得到的结果相减：ηA1(t)ηA2(t)···ηAn(t)-ηB1(t)ηB2(t)···ηBn(t)=ηH1(t)ηH2(t)···ηNn(t)---(2)]]>其中，η_Ai(t)是A矩阵第i行作为码字时，序列脉冲信号在光纤中散射的光功率，η_Bi(t)是B矩阵第i行作为码字时，序列脉冲信号在光纤中散射的光功率；η_Hi(t)为上述两项的相减结果；4)用Hadamard矩阵的行向量Hi与对应的散射信号η_Hi(t)分别进行相关，然后将相关后的结果求和后除以n²，得到等效的单个脉冲输入光纤中获得的散射光功率ψ^(t)=1n2Σi=1ncorr[Hi,ηHi(t)]---(3)]]>其中为布里渊光功率随时间的变化量，n为Hadamard矩阵阶数，Hi为Hadamard矩阵第i行向量，η_Hi(t)为η_Ai(t)和η_Bi(t)向减结果；5)在每个所需要的频率点，都重复3)—4)步骤；即获得每个时刻对应的由离散点组成的布里渊功率谱；将每个频率点处获得的功率随时间的变化量组合成布里渊光功率谱；拟合后，利用功率谱的中心频率，峰值功率和半峰全宽与温度和应力的对应关系进行传感。