[发明专利]一种基于白光干涉的分布式动态应力频率测量方法

说明书

本发明涉及一种基于白光干涉的分布式动态应力频率测量方法，利用基于白光干涉的分布式偏振耦合测试系统实现，包括如下的步骤：利用压电陶瓷对保偏光纤施加动态应力；利用分布式偏振耦合系统对动态应力下的白光干涉图进行测量，得到干涉图样；截取光电探测器接收的干涉图中动态耦合点干涉条纹部分的数据；对动态耦合点数据进行Hilbert变换得到耦合点包络曲线；对动态耦合点包络曲线进行小波时频分析得到时频分布图，时频分布图中包含了动态应力的频率信息。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种动态应力的频率测量方法。

背景技术

近年来，分布式光纤振动传感技术的研究受到了广泛的关注，由于具有灵敏度高、动态 范围大、抗电磁干扰、体积小和易组网等优点，在居民小区、学校、飞机场等重要区域的入 侵监测；大型建筑、地下传输系统等基础设施的健康监测等领域。具有广泛的应用前景。

目前分布式光纤振动传感技术根据原理可划分为基于干涉原理的分布式光纤振动传感 和基于后向散射原理的分布式光纤振动传感。干涉型光纤传感器有萨格纳克干涉仪，迈克尔 逊干涉仪，马赫曾德尔干涉仪，以及基于以上三种结构的复合型干涉结构。如申请公布号为 CN102313141A的发明专利“一种管道泄露检测用光纤振动传感系统”中，在基于Sagnac干 涉原理的传感系统中采用了3×3耦合器引入固定相位偏置，并利用2×2耦合器来增强返回 探测器的光功率，从而对管道进行长距离的振动传感。基于后向散射原理的分布式光纤振动 传感技术有：相位敏感型光时域反射计(j-OTDR)、偏振敏感型光时域反射计(P-OTDR)、 布里渊光时域分析技术(B-OTDA)等。如申请公布号为CN104596634A的发明专利“一种 振动频率测量方法”通过偏振光时域反射光纤链路，将链路返回的背向散射瑞利光功率信号 和菲涅尔反射光功率信号转化成随时间变化的光强信号，并对光强信号进行傅里叶变换获得 各个反射点的频域图谱，获得振动频率。申请公布号为CN106768277A的发明专利“一种基 于相干相位检测的分布式光纤振动传感装置”中利用光源模块产生两路连续窄线宽激光，一 路输入相干光接收模块，另一路被光调制模块调制成短脉冲序列后进入传感光纤，由弱反射 布拉格光栅阵列反射光子序列后在相干光接收模块与第一路光发生干涉，从干涉信号的多个 拍频子序列中可以解调出振动信号的位置和波形。然而，基于后向散射原理的分布式光纤振 动传感器通常具有很弱的后向散射光功率，且平均探测时间较长，极大的限制了系统的探测 灵敏度和频率响应范围。

基于白光干涉的分布式偏振耦合系统具有结构简单、成本低、对电磁干扰不敏感等诸多 优点，能够实现对应力、色散、位移、温度、光纤拍长、双折射等一系列物理参数的测量。 如申请公布号为CN104006948A的发明专利“基于多峰分裂周期解调保偏光纤偏振耦合点位 置的方法”中，利用多峰分裂现象实现了光纤中耦合点位置的解调，但仅适用于静态应力情 况。

发明内容

本发明提出了一种能够实现动态应力频率测量的方法，技术方案如下：

1.一种基于白光干涉的分布式动态应力频率测量方法，利用基于白光干涉的分布式偏 振耦合测试系统实现，包括如下的步骤：

1)利用压电陶瓷对保偏光纤施加动态应力；

2)利用分布式偏振耦合系统对动态应力下的白光干涉图进行测量，得到干涉图样；

3)截取光电探测器接收的干涉图中动态耦合点干涉条纹部分的数据；

4)对动态耦合点数据进行Hilbert变换得到耦合点包络曲线；

5)对动态耦合点包络曲线进行小波时频分析得到时频分布图，时频分布图中包含了动 态应力的频率信息。