[發(fā)明專利]一種復(fù)合原理光纖傳感系統(tǒng)和傳感方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510018333.1
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104568120B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 封皓;施羿;王大偉;曾周末;靳世久
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 溫國林

1.一種復(fù)合原理光纖傳感系統(tǒng)，包括：激光光源、FPGA、EDFA及其濾波器、聲光調(diào)制器、光纖環(huán)形器、第一1：1耦合器、第二1：1耦合器、光電探測器、帶通濾波電路、混頻器、上位機(jī)和傳感光纖，其特征在于，

激光光源為超窄線寬光源，相干長度大于傳感距離，輸出連續(xù)光，并通過第一1：1耦合器分為3個部分，一部分作為本振光，直接到達(dá)光電探測器，另兩部分作為第一探測光和第二探測光，第一探測光經(jīng)過110MHz聲光調(diào)制器調(diào)制，光波獲得一個頻移f₁，仍為連續(xù)光波，經(jīng)過EDFA放大，并濾除EDFA自發(fā)幅值后，注入傳感光纖，通過傳感光纖，經(jīng)過光纖環(huán)形器到達(dá)光電探測器，此時光波攜帶了傳感光纖沿線豐富的頻率信息；

第二探測光經(jīng)由80MHz聲光調(diào)制器調(diào)制，光波獲得另一個頻移f₂，同時被調(diào)制為窄脈沖，經(jīng)過另一個EDFA放大，并濾除EDFA自發(fā)幅值后，經(jīng)由光纖環(huán)形器從傳感光纖的另一端注入，其背向散射光通過光纖環(huán)形器后到達(dá)光電探測器，此時光波攜帶了精確的振動定位信息；

在光電探測器前的第二1：1耦合器處，本振光、第一探測光以及第二探測光的背向散射光發(fā)射干涉，形成頻率為f₁,f₂,f₁-f₂的拍頻信號，并用光電探測器探測，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號；通過調(diào)節(jié)EDFA的放大倍數(shù)，使得到達(dá)光電探測器的3束光光強(qiáng)相近；

光電探測器的電信號先通過帶通濾波電路，去除系統(tǒng)的高頻噪聲以及低頻干擾，通過混頻器將帶通濾波結(jié)果和預(yù)設(shè)的正弦波混頻，混頻后，拍波頻率將降至數(shù)十兆赫茲，即f₁-f₀,f₀-f₂,f₀-(f₁-f₂)，通過低通濾波電路，將干擾拍f₀-(f₁-f₂)去除，之后放大調(diào)理信號，經(jīng)由采集卡以100MHz的速率采集；

在上位機(jī)中，對頻率在|f_i-f₀|,i＝1,2的拍信號進(jìn)行調(diào)幅解調(diào)，將分別解調(diào)出背向散射信號S₂以及正向的探測信號S₁，根據(jù)80MHz聲光調(diào)制器的調(diào)制信號的重復(fù)頻率，將S₂按時間順序截斷為多條散射跡線r。

2.一種用于權(quán)利要求1所述的復(fù)合原理光纖傳感系統(tǒng)的傳感方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

對背向散射信號使用改進(jìn)型移動平均算法和均峰比算法獲取振動位置；

對正向探測信號進(jìn)行分析識別，判定振動種類，降低誤報率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感方法，其特征在于，所述對背向散射信號使用改進(jìn)型移動平均算法和均峰比算法獲取振動位置的步驟具體為：

選取K條跡線、平均次數(shù)M和間隔參數(shù)n，對第1條到第M條進(jìn)行平均、第n條到第M-n+1條進(jìn)行平均，共得T＝int((K-M)/n)+1條平均曲線；

抽取時域信號；分別計(jì)算各個時域信號的均峰比，通過均峰比獲取振動位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感方法，其特征在于，所述計(jì)算各個時域信號的均峰比的步驟具體為：

均峰比計(jì)算為C_j＝max₁₀₀(|t_j|)/average(|t_j|)，其中max₁₀₀(|t_j|)表示取|t_j|最大100個值的平均值；average(|t_j|)為計(jì)算|t_j|的平均值，用以描述光強(qiáng)和噪聲水平；將均峰比C_j作為對光纖上K條跡線時間內(nèi)的綜合評價；t_j為抽取時域信號。