[发明专利]一种基于相位敏感光时域反射系统的振动信号检测方法

说明书

本发明涉及一种基于相位敏感光时域反射系统的振动信号检测方法，基于相位敏感光时域反射原理，利用振动信号对光信号相位的调制作用，采用互相关‑频率分析算法实现对超低频振动信号的高空间分辨率的定位与检测，具有如下优点：可对超低频振动信号进行检测与定位；可极大地提高空间分辨率，解除脉宽对系统空间分辨率的限制，对超低频振动信号进行高空间分辨率的检测与定位；算法简单，实时性高。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种基于相位敏感光时域反射系统的振动信号检测方法。

背景技术

分布式光纤传感技术因其具有传感距离长，铺设灵活，成本低等优点，获得了人们的广泛关注。光时域反射技术采用脉冲光进行探测，一个脉冲光对应一条后向瑞利散射曲线，曲线上各点可反映光纤对应位置处的后向瑞利散射光状态，学界普遍采用移动差分、累加平均算法处理后向瑞利散射曲线，以实现对振动信号的检测。然而，该方法对振动信号定位的有效性容易受到移动差分点数的影响，且对低频振动信号的探测能力有限。边缘检测的图像处理算法也被应用于振动信号的定位，但是定位效果受限于系统信噪比，提升效果有限，且数据处理计算量大。二次包络算法也可实现对振动信号的定位。目前基于相位敏感光时域反射原理的振动检测技术能够对中频信号进行定位。对低频振动信号的检测，需要使用低重复频率的脉冲激光，然而降低脉冲频率会影响系统信噪比和灵敏度，容易造成误判，限制了低频振动信号的探测效果，目前仅能实现对赫兹数量级振动信号的有效探测与定位。

光时域反射技术的空间分辨率主要取决于探测光的脉宽，其空间分辨率的提升主要依赖于两个方面。一是提高光脉冲质量，提高脉冲光的消光比，增加光的泵浦放大来获得同等传感长度下更窄的脉冲宽度，继而提高空间分辨率；二是改进信号处理算法，通过对后向瑞利散射曲线的矩阵及二维图像采用特殊算法[]处理来提高信噪比，提升空间分辨率。例如，有学者提出用二维边缘检测法结合卷积算法对后向瑞利散射信号的二维图像空间梯度进行计算，将空间分辨率从5m提高到3m。也有学者通过对原始信号矩阵做快速傅里叶变换(FFT)，在频域内对噪声和振动信号进行分离获得了高信噪比，基于此对振动信号进行定位，在脉宽50ns时获得了3.7m的空间分辨率。现有技术方案中振动定位的空间分辨率仍旧直接或间接受限于脉宽，仅能在脉宽的基础上进行有限的提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于相位敏感光时域反射系统的超低频振动信号检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于相位敏感光时域反射系统的超低频振动信号检测方法，包括如下步骤：

步骤一：在未对相位敏感光时域反射系统施加振动信号的情况下，以固定参数采集系统输出的数据作为振动信号检测的原始参考信号；

步骤二：在通过振动源对相位敏感光时域反射系统装置施加振动信号的情况下，以同样的参数采集系统输出的数据作为振动信号检测的原始待测信号；

步骤三：分别对原始参考信号和原始待测信号分别作数据预处理，进行矩阵变换与数据筛选，分别获取参考信号和待测信号；

步骤四：将参考信号、待测信号作为互相关的两组信号进行互相关运算，获取互相关曲线，对互相关曲线作频谱分析，获得距离-频率-幅值图，实现对动信号的检测与定位。