[發明專利]相位敏感光時域反射分布式光纖傳感系統快速定位方法

有效

• 申請號: 201710370853.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107101658B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 龐拂飛;梅烜瑋;王廷云;呂龍寶;劉奐奐;宋英雄;陳健;李迎春;張俊杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01D5/36
• 分類號: G01D5/36
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種相位敏感光時域反射分布式光纖傳感系統快速定位方法，其應用的相位敏感光時域反射分布式光纖傳感系統包括窄線寬激光器（1），1′2光纖耦合器（2），聲光調制器（3），摻鉺光纖放大器（4），光纖環形器（5），傳感光纖（6），任意波形發生器（7），2′2光纖耦合器（8），平衡光探測器（9），數據采集卡（10），計算機（11）；所述的窄線寬激光器（1）經過1′2光纖耦合器（2）分成兩路，一路為傳感探針光信號經過聲光調制器（3）調制為光脈沖，并經過摻鉺光纖放大器（4）進行光功率放大，輸入光纖環形器 （5）的一號端口并由二號端口輸出到傳感光纖（6），產生的瑞利背向散射光由二號端口輸入并由三號端口輸出；1′2光纖耦合器（2）輸出的另一路為本地參考光信號與光纖環形器（5）的三號端口輸出的傳感信號進入2′2光纖耦合器（8）中合波，2′2光纖耦合器（8）兩個輸出端口與平衡光探測器（9）連接，平衡光探測器（9）進行光電轉換并由數據采集卡（10）進行模數轉換傳遞至計算機（11）進行信號處理；

其特征在于，通過“粗略定位-精確定位”的過程，實現擾動源的快速定位；后續系統信號處理包括以下步驟：

步驟1：構建信號的數據矩陣：以單個光脈沖對應的數字信號為行向量,多個連續的光脈沖對應的數字信號按光脈沖發射的時間順序依次作為第1行,第2行,……，第M行,其中M表示光脈沖個數，構建數字信號矩陣D=[D_i，j]_M′N，其中，D_i，j表示所述數據采集卡（10）采集到的第i個光脈沖對應傳感光纖第j個數據點上的瑞利散射光數字信號值，N表示單個脈沖所采集的信號數據長度；

步驟2：選取測試窗口和測試列：在所述的數字信號矩陣D上每間隔一定長度L取一測試窗口W_k，測試窗口W_k的寬度l遠小于間隔長度L;利用相位解調算法解調該測試窗口W_k的數據并提取其中某一列的相位作為測試列相位φ_k, 其位置用j_k表示;對每條測試列相位進行相位解卷繞，將相位變化拓展到-∞~+∞范圍；

步驟3：粗略定位擾動區間：依次比較相鄰測試窗口測試列相位，若相鄰測試窗口測試列相位φ_k和φ_{k +1}相同，即φ_k＝φ_{k +1}，則判定該區間(j_k, j_{k +1})無擾動；若相鄰測試窗口測試列相位φ_k和φ_{k +1}不同，即φ_k≠φ_{k +1}，則判定該區間(j_k, j_{k +1})存在擾動；

步驟4：精確定位擾動位置：若步驟3判定傳感光纖位置區間(j_k, j_{k +1})存在擾動，提取該區間的數字信號矩陣[D_i，j]_M′L，并利用幅度或相位解調和分析方法進行擾動位置的精確定位。