[發(fā)明專利]一種計(jì)算型分布式光纖傳感方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811423489.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN109540207B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周大鵬;彭偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張海青

本發(fā)明公開了一種計(jì)算型分布式光纖傳感方法及系統(tǒng)。該方法包括：確定用于調(diào)制入射光強(qiáng)度的信號(hào)源，信號(hào)源為二進(jìn)制序列；將經(jīng)信號(hào)源調(diào)制后的光脈沖作為入射光信號(hào)射入光纖；以設(shè)定采樣率采集經(jīng)光纖散射后的散射光信號(hào)；根據(jù)入射光信號(hào)和散射光信號(hào)，采用基于時(shí)域的差分鬼成像協(xié)議確定待探測(cè)光信號(hào)的時(shí)域重構(gòu)圖像；根據(jù)待探測(cè)光信號(hào)的時(shí)域重構(gòu)圖像確定光纖的傳感信號(hào)。本發(fā)明提供的計(jì)算型分布式光纖傳感方法及系統(tǒng)具有采樣率低、設(shè)備復(fù)雜度低和成本低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種計(jì)算型分布式光纖傳感方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感系統(tǒng)(Distributed fiber-optic sensing system)通過(guò)檢測(cè)和分析光纖內(nèi)的某種特殊光學(xué)效應(yīng)，從而測(cè)量得到光纖的特征信息。由于光纖的特征信息隨外界環(huán)境的影響發(fā)生變化，因而可以感知到光纖周圍空間中分布的環(huán)境參數(shù)，例如溫度、應(yīng)力，壓力等。分布式光纖傳感器件能夠采用單根光纖作為傳感元件，通過(guò)測(cè)量傳感光纖每點(diǎn)的變化，達(dá)到分布式測(cè)量外界事件的目的。與傳統(tǒng)的分立元件傳感技術(shù)相比，分布式光纖傳感系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離連續(xù)測(cè)量，具有超過(guò)幾十甚至幾百公里的連續(xù)測(cè)量能力。分布式光纖傳感系統(tǒng)主要利用光纖中的自然散射過(guò)程實(shí)現(xiàn)，例如瑞利散射(Rayleighscattering)，拉曼散射(Raman scattering)，自發(fā)或受激布里淵散射(Spontaneous orstimulated Brillouin scattering)，并且利用時(shí)域技術(shù)(time-domain techniques)或者頻域技術(shù)(frequency-domain techniques)完成信號(hào)解調(diào)，達(dá)到測(cè)量的目的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于長(zhǎng)距離測(cè)量(超過(guò)幾十公里)并具有米量級(jí)的空間分辨率，時(shí)域技術(shù)是主要被采用的技術(shù)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且系統(tǒng)的帶寬夠高。而頻域技術(shù)一般需要使用直流光，因而限制了其可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量距離。傳統(tǒng)的時(shí)域分布式傳感技術(shù)通過(guò)向光纖內(nèi)發(fā)送一個(gè)光學(xué)脈沖，并利用光學(xué)探測(cè)器收集反向散射光，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成時(shí)域電信號(hào)之后，采用高速數(shù)據(jù)采集卡采集；其采樣率需要滿足Nyquist-Shannon采樣定理才能解析具體的空間信息，即采樣時(shí)間間隔必須小于脈沖寬度的一半。脈沖的寬度決定了分布式傳感系統(tǒng)的空間分辨率。因而，傳統(tǒng)的基于時(shí)域技術(shù)的分布式傳感系統(tǒng)一般需要采集模塊具有100MHz以上的采樣率從而達(dá)到小于1m的空間分辨率。而對(duì)于長(zhǎng)距離的高性能傳感系統(tǒng)，由于遠(yuǎn)端的信號(hào)較弱，需要高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter)進(jìn)行采樣以達(dá)到足夠高的動(dòng)態(tài)范圍。因而，采集模塊需要集成高性能模數(shù)轉(zhuǎn)化器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field-Programmablegate array)從而可以高速傳輸和處理大量數(shù)據(jù)。硬件成本，設(shè)計(jì)成本，以及編程成本都比較高，這也是分布式傳感系統(tǒng)比傳統(tǒng)傳感器價(jià)格高昂的一個(gè)主要因素，限制了其更大規(guī)模的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算型分布式光纖傳感方法及系統(tǒng)，具有采樣率低、設(shè)備復(fù)雜度低和成本低的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種計(jì)算型分布式光纖傳感方法，包括：

確定用于調(diào)制入射光強(qiáng)度的信號(hào)源，所述信號(hào)源為二進(jìn)制序列；

將經(jīng)所述信號(hào)源調(diào)制后的光脈沖作為入射光信號(hào)射入光纖；

以設(shè)定采樣率采集經(jīng)光纖散射后的散射光信號(hào)；

根據(jù)入射光信號(hào)和散射光信號(hào)，采用基于時(shí)域的差分鬼成像協(xié)議確定待探測(cè)光信號(hào)的時(shí)域重構(gòu)圖像；

根據(jù)待探測(cè)光信號(hào)的時(shí)域重構(gòu)圖像確定光纖的傳感信號(hào)。

可選的，所述信號(hào)源為Walsh-Hadamard矩陣產(chǎn)生的二進(jìn)制正序列以及二進(jìn)制正序列對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制反序列。

可選的，所述信號(hào)源為隨機(jī)二進(jìn)制序列。