[发明专利]一种提高光纤振动传感器定位精度的自相关定位方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种分布式光纤振动传感器系统中的随机扰动定位方法。

背景技术

分布式光纤振动传感系统利用普通单模光纤作为敏感介质，通过测量扰动造成的相位变化对扰动进行定位，在基础设施和大型结构，如油气管道、油气储备基地、光缆、铁轨、边海防线以及重要设施周界安防等方面有着广阔的应用前景。随着我国油气管线输送项目建设的加快，国内油气管线对分布式光纤振动传感器的测量长度大幅提高，测量精度和定位准确等参数也要相应提高。长距离分布式光纤振动传感器基本采用与管道同埋的通讯光缆中的一芯或多芯，利用扰动导致的光传输的相位变化对扰动位置进行解调。

Sagnac光纤干涉仪系统是一种常见的干涉型分布式光纤振动传感系统，该系统运用光纤干涉系统中扰动点位置的不同，出现干涉信号频谱缺损位置的不同来实现对扰动点的定位。其特征是通过光路中传导光波不同时刻往返通过扰动点的频率与所对应的光纤长度进行定位，扰动位置L通过下式进行计算：

L=(2k-1)·c4nefffnull(k)]]>

其中k为自然数，c为真空中的光速，n_eff为光纤的有效折射率，f_null(k)为缺损谱中对应的第k个陷波点的特征频率。

从上式可以看出，扰动点位置通过寻找缺损谱中陷波点的波谷值f_null(k)并带入公式计算得到。而波谷值f_null(k)的寻找一般通过最小二乘法计算得到。对于地埋的光缆，不同振动特性对土壤振动衰减有明显差别，例如：撞击性振源比周期性振源衰减快；能量大的振源比能量小的振源衰减快；干扰频率高的振源比干扰频率低的振源衰减快。因此在受到非冲击扰动时，如碾踏光缆等低频缓变行为，振动衰减慢，振动波会在光缆一段区域持续传播，遇到边界条件变化就会发生反射。这样会导致缺损谱的陷波点出现叠加，导致了非等间隔的陷波点。这时如果仍旧采用最小二乘法来寻找陷波点的波谷值，会导致扰动定位不准确，而且误差较大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用自相关算法对时域信号进行解调从而对扰动进行精确定位的方法，解决了非快速冲击造成的错误陷波点所导致的扰动定位不准确问题。

本发明的技术解决方案是：一种提高光纤振动传感器定位精度的自相关定位方法，步骤如下：

（1）将sagnac干涉型光纤振动传感器输出的两路光强信号I₁与I₂，经过探测器光电转换、放大与低通滤波后，得到两路输出光强信号U₁和U₂，采用公式对U₁和U₂进行信号处理，得到与扰动造成的相位变化信号成正比的监测信号；其中φ₀是扰动的振幅，φ₀₁和φ₀₂是两干涉光路的初始相位，J₁(φ₀)为一阶贝塞尔函数，B为常数；

（2）对所述与成正比的监测信号的幅值进行监测，当监测信号的幅值超过设定的阈值时，截取包括超过阈值时刻及该时刻前后的一段时间的区间采样信号；

（3）对所述的采样信号进行带通滤波，并对带通滤波后的采样信号进行自相关运算，设置时延周期不为零得到自相关运算结果；选择测量范围内自相关系数最大时对应的周期性变化信号的周期T；

（4）利用公式计算得到扰动点的位置信息，其中X为扰动点与sagnac干涉型光纤振动传感器中的反射镜之间的距离，n为光纤折射率，c为光速。