[发明专利]基于脉冲编码外调制的分布式光纤振动传感方法及其系统

摘要

本发明公开了一种基于脉冲编码外调制的分布式光纤振动传感方法及其系统，方法包括选取连续K次所发射光脉冲得到的反向回波曲线，预设平均次数，间隔参数，获取多条平均曲线；将标准化后的平均曲线组合成一个2维信号矩阵Y，选取范围矩阵计算局部极差，根据极差矩阵中每个元素评价传感光纤的振动强度，获取振动空间位置，提取解码延迟后回波曲线中每条曲线的第i点数据，得到振动的时域采样信号。系统包括光电探测器形成电信号，信号采集调理装置进行放大和模数转换形成数字信号，送入计算机中完成解码、时延、定位和提取时域处理，获得分布式传感器沿线的振动情况。本发明满足了各种振动检测和监测应用，尤其是长距离的管道监测与周界安防。

主权项

一种基于脉冲编码外调制的分布式光纤振动传感方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：选取编码矩阵S，其大小为N*N，在光电探测器处形成散射回波曲线Li；以散射回波曲线Li为行向量，同时考虑背景噪声，形成回波信号矩阵L；其中，在光电探测器处形成散射回波曲线Li的步骤具体为：依次选择编码矩阵S的每一行为编码，计算机通过FPGA控制N个声光/电光调制器及其驱动器组，利用N个相同波长的长相干光源，形成N个互有时延的各自脉宽为τ的短脉冲光，在一个N*1路耦合器处，使N个互有时延的短脉冲光形成编码长度为N，脉冲宽度为N·τ的编码脉冲光，并经由光纤环形器注入传感光纤；编码脉冲光在传感光纤中传播时，会形成背向瑞利散射，各个短脉冲的瑞利散射光在各自脉宽τ内相互干涉，再经由光纤环形器并最终在光电探测器上转化为被计算机采集处理的电学信号，随着编码脉冲沿传感光纤的传播，在光电探测器处形成散射光回波曲线Li；对回波信号矩阵L进行解码获取单次回波的瑞利散射信号ω'，同时获取N个所需信号ri(t)；所述单次回波的瑞利散射信号ω'为：ω'＝[ω′1 ω'2 … ω'N]T＝S‑1·[L1 L2 … LN]T；ω′1 ω'2 … ω'N表示延时为0、τ、2τ，…，(N‑1)τ的瑞利散射回波曲线；其中，ri(t)＝ω′i(t+(i‑1)·τ)，其空间分辨率保持为R＝τc/2nc，c为真空中的光速，nc为光纤折射率，τ为脉冲宽度；选取连续K次所发射光脉冲得到的共K条反向回波曲线，即K条反向回波曲线r＝[r1,r2,r3,…,ri,…,rk]T；其中ri对应解调延迟后得到的第i次光脉冲所得到的信号曲线；预设平均次数M，间隔参数n，获取多条平均曲线；对所得每条平均曲线进行标准化处理；将标准化后的平均曲线组合成一个2维信号矩阵Y，选取大小a×b局部极差计算范围矩阵，a的取值为3，b的取值为9；其中，局部极差计算为yij＝max(Yij)‑min(Yij),i∈(1,T),j∈(1,n)，yij为以第i行、第j列的元素为中心，大小为a×b的范围矩阵内的元素，根据范围矩阵中的每个元素yij评价传感光纤的振动强度，并获取振动空间位置；计算机通过解码程序得到低噪声的单次回波的瑞利散射信号，提取解码延迟后反向回波曲线r中每条曲线的第i点数据，得到振动的时域采样信号；使用N个光源实现对光脉冲的编码，使光脉冲宽度提高N倍，从而使回光能量提高N倍，增加了信号分辨率。