[发明专利]相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统快速定位方法

摘要

本发明涉及一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统快速定位方法，包括以下步骤：构建多个光脉冲对应的瑞利散射光数字信号矩阵、在信号矩阵上间隔一定长度选择测试窗口和测试列、获得各个测试列的相位、根据相邻测试窗口测试列相位对扰动源区间粗略定位、提取包含扰动源的区间信号（两相邻测试窗口测试列之间）进行扰动精确定位。本发明分析光纤不同位置瑞利散射光的相位关系从而实现Ф‑OTDR光纤传感系统“粗略定位‑精确定位”过程，通过忽略大量无效传感信息，降低了系统运算负担，有效解决了这类分布式传感系统中由于信号数据量大，系统运算量大造成的系统实时性差的难题，且本发明适用于各种相干探测解调的Ф‑OTDR系统。

主权项

1.一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统快速定位方法，其应用的相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统包括窄线宽激光器（1），1´2光纤耦合器（2），声光调制器（3），掺铒光纤放大器（4），光纤环形器（5），传感光纤（6），任意波形发生器（7），2´2光纤耦合器（8），平衡光探测器（9），数据采集卡（10），计算机（11）；所述的窄线宽激光器（1）经过1´2光纤耦合器（2）分成两路，一路为传感探针光信号经过声光调制器（3）调制为光脉冲，并经过掺铒光纤放大器（4）进行光功率放大，输入光纤环形器 （5）的一号端口并由二号端口输出到传感光纤（6），产生的瑞利背向散射光由二号端口输入并由三号端口输出；1´2光纤耦合器（2）输出的另一路为本地参考光信号与光纤环形器（5）的三号端口输出的传感信号进入2´2光纤耦合器（8）中合波，2´2光纤耦合器（8）两个输出端口与平衡光探测器（9）连接，平衡光探测器（9）进行光电转换并由数据采集卡（10）进行模数转换传递至计算机（11）进行信号处理；其特征在于，通过“粗略定位‑精确定位”的过程，实现扰动源的快速定位；后续系统信号处理包括以下步骤：步骤1：构建信号的数据矩阵：以单个光脉冲对应的数字信号为行向量,多个连续的光脉冲对应的数字信号按光脉冲发射的时间顺序依次作为第1行,第2行,……，第M行,其中M表示光脉冲个数，构建数字信号矩阵D=[D_i，j]_M´N，其中，D_i，j表示所述数据采集卡（10）采集到的第i个光脉冲对应传感光纤第j个数据点上的瑞利散射光数字信号值，N表示单个脉冲所采集的信号数据长度；步骤2：选取测试窗口和测试列：在所述的数字信号矩阵D上每间隔一定长度L取一测试窗口W_k，测试窗口W_k的宽度l远小于间隔长度L;利用相位解调算法解调该测试窗口W_k的数据并提取其中某一列的相位作为测试列相位φ_k, 其位置用j_k表示;对每条测试列相位进行相位解卷绕，将相位变化拓展到‑∞~+∞范围；步骤3：粗略定位扰动区间：依次比较相邻测试窗口测试列相位，若相邻测试窗口测试列相位φ_k和φ_k +1相同，即φ_k＝φ_k +1，则判定该区间(j_k, j_k +1)无扰动；若相邻测试窗口测试列相位φ_k和φ_k +1不同，即φ_k≠φ_k +1，则判定该区间(j_k, j_k +1)存在扰动；步骤4：精确定位扰动位置：若步骤3判定传感光纤位置区间(j_k, j_k +1)存在扰动，提取该区间的数字信号矩阵[D_i，j]_M´L，并利用幅度或相位解调和分析方法进行扰动位置的精确定位。