[發(fā)明專利]相位敏感光時(shí)域反射分布式光纖傳感系統(tǒng)精確定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710370854.2
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107167168B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐拂飛;梅烜瑋;劉奐奐;王廷云;呂龍寶;宋英雄;陳健;李迎春;張俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01D5/36
• 分類號: G01D5/36
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明涉及一種相位敏感光時(shí)域反射分布式光纖傳感系統(tǒng)精確定位方法，包括以下步驟：構(gòu)建多個(gè)光脈沖對應(yīng)的瑞利散射光數(shù)字信號矩陣并選取待測信號矩陣、確定系統(tǒng)空間分辨率、迭代進(jìn)行“待測信號矩陣兩端點(diǎn)相位比較?待測信號矩陣長度與系統(tǒng)空間分辨率比較?中點(diǎn)分割待測信號矩陣”直至滿足一定條件退出本方法。本發(fā)明結(jié)合相位定位的優(yōu)勢和“二分法”思想，通過區(qū)間折半和迭代逼近，用極少的計(jì)算和判定，實(shí)現(xiàn)分布式光纖傳感器中擾動(dòng)源的精確定位，在保證系統(tǒng)空間高分辨率和穩(wěn)定性的同時(shí)，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，且本方法適用于各種相干探測解調(diào)的Ф?OTDR光纖傳感系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相位敏感光時(shí)域反射分布式光纖傳感系統(tǒng)精確定位方法，屬于光纖傳感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相位敏感光時(shí)域反射計(jì)（Phase-sensitive Optical Time DomainReflectometry，縮寫為Ф-OTDR或Phase-sensitive OTDR）是一種全分布式光纖傳感系統(tǒng)，具有抗電磁干擾、抗腐蝕、體積小、高安全性、空間分辨率高、設(shè)備鋪設(shè)簡單、無盲區(qū)、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢。光相干解調(diào)探測的引入，使得Ф-OTDR具備了更高的靈敏度和相位解調(diào)能力，近年來，相干式Ф-OTDR引起了廣泛關(guān)注并投入實(shí)用。目前，Ф-OTDR已在諸多應(yīng)用領(lǐng)域體現(xiàn)其巨大的價(jià)值，如在安防領(lǐng)域中，Ф-OTDR可作為大型重要邊界線和設(shè)施（如國境線、油田油井、油氣管道）的監(jiān)控設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對各種入侵、破壞和偷盜事件進(jìn)行實(shí)時(shí)無人監(jiān)測；在交通系統(tǒng)中，Ф-OTDR可用于監(jiān)控列車運(yùn)行位置和速度，監(jiān)測路口車輛流量等；在電力系統(tǒng)中，Ф-OTDR可用于電纜和連接頭的局部放電檢測和電纜周界安全監(jiān)控；在地質(zhì)監(jiān)測中，Ф-OTDR可以實(shí)現(xiàn)對山體滑坡、地震等地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警；在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控中，Ф-OTDR可以實(shí)現(xiàn)對橋梁等大型關(guān)鍵建筑的結(jié)構(gòu)健康實(shí)時(shí)分布式測量。

Ф-OTDR作為一種主動(dòng)式探測技術(shù)，利用光纖的瑞利散射光進(jìn)行分布式傳感，外界環(huán)境變化信息可由背向瑞利散射光的幅度和相位來獲取和恢復(fù)。在相干型Ф-OTDR系統(tǒng)擾動(dòng)源定位中，目前普遍利用的是幅度差分方案（Tu G, Zhang X, Zhang Y, et al. TheDevelopment of an-OTDR System for Quantitative Vibration Measurement[J]. IEEEPhotonics Technology Letters, 2015, 27(12): 1349-1352.；分布式光纖傳感器及信息解調(diào)方法，中國發(fā)明專利，發(fā)明人：梁可楨，潘政清，蔡海文，葉青，周俊，授權(quán)公告號：CN10262869B），而實(shí)際上，利用相位定位能夠獲得更高的定位信噪比（Pang F, He M, LiuH, et al. A Fading-Discrimination Method for Distributed Vibration SensorUsing Coherent Detection of ?-OTDR[J]. IEEE Photonics Technology Letters,2016, 28(23).）。然而，Ф-OTDR作為一種分布式傳感器，其傳感光纖的每一點(diǎn)均可作為獨(dú)立的傳感器，傳感光纖越長，產(chǎn)生的傳感數(shù)據(jù)越多，增加了解調(diào)的計(jì)算量，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度。而擾動(dòng)一般稀疏分散在傳感范圍中，大部分傳感器實(shí)際處于閑置的工作狀態(tài)，因此系統(tǒng)無需對每一個(gè)傳感器進(jìn)行相同的解調(diào)，適當(dāng)忽略這些閑置的傳感器能夠大幅加快系統(tǒng)定位速度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種相位敏感光時(shí)域反射分布式光纖傳感系統(tǒng)精確定位方法，結(jié)合相位解調(diào)帶來的定位優(yōu)勢和“二分法”的思想，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和空間分辨率的同時(shí)，減少系統(tǒng)運(yùn)算量，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，解決了由于Ф-OTDR系統(tǒng)傳感數(shù)據(jù)量大造成系統(tǒng)響應(yīng)速度慢的難題，且本方案適用于各種相干探測解調(diào)的Ф-OTDR系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：