[發明專利]一種基于可變積分窗的分布式光纖傳感增益提升方法

有效

• 申請號: 201910539710.4
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110207803B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 李豪;孫琪真;范存政;閆志君;賀韜;孫玥真;譙偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種基于可變積分窗的分布式光纖傳感增益提升方法，包括采集傳感光纖中的后向散射光信號；對采集到的后向散射光信號進行復數化相位解調得到各散射點的光強相位復數；求取光強相位復數的輻角主值；按照積分窗預設長度以預設步長沿光纖軸向對積分窗內光纖段的輻角主值進行積分，得到待測信號的信噪比；判斷信噪比是否超過閾值，未超過則根據傳感光纖所有積分窗模值均值分布，建立積分窗長度與光纖軸向距離的關系模型，采用長度可變積分窗進行相位重解調，實現信噪比提升。相比于傳統解調方式相位差分光纖長度固定不變，本方法采用可變積分窗實現相位解調，從而靈活提升所測外界聲波信號的信噪比，即提升了傳感增益。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，更具體地，涉及一種基于可變積分窗的分布式光纖傳感增益提升方法。

背景技術

分布式光纖傳感利用光纖作為傳感介質，光纖上每一個位置均可感知外界信號，其具有抗電磁干擾、質量小重量輕、全分布高靈敏的優勢，可應用于多個工程應用領域，近年來分布式光纖聲波傳感尤其在油氣測井和淺地表地質檢測方面已進行推廣應用。在上述應用中，通常對地震聲波進行檢測和分析。然而，在不同地層深度或淺地表不同橫向位置處由于進行地震聲波傳輸的介質不同，聲波波速與聲波波長不同，在相同解調方式下，不同光纖傳感距離處信噪比不一致，長距離探測信號信噪比均衡性較差。因此，需采用信噪比增強的方法來優化地震聲波的探測質量。

現有常見分布式光纖聲波傳感技術通常基于相敏光時域反射計，對傳感光纖中的相位變化進行解調即可得到作用于傳感光纖上的外界待測信號。為實現光相位解調，現有常用方法有3×3耦合器解調和相位生成載波方法。通過計算光纖兩點間的相位差可得到光纖段相位信息，進而得到外界被測量。作差兩點間的光纖作為感知外界被測信號的介質，其長度直接決定了傳感信噪比。然而由于解調機理的限制，上述基于干涉儀的分布式聲波傳感系統解調方法無法實現可變相位差分，即光纖上做相位差的兩點之間間距固定，無法實現傳感光纖段長度的靈活改變，進而不能靈活調控不同傳感距離處的探測信噪比，限制了聲波探測信噪比優化效果以及整根傳感光纖各區間的信噪比均衡化。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于可變積分窗的分布式光纖傳感增益提升方法，旨在解決現有長距離聲波探測光纖傳感信噪比低的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于可變積分窗的分布式光纖傳感增益提升方法，包括以下步驟：

S1、積分窗以預設長度和預設步長沿光纖軸向對采集到的后向散射光信號進行復數化相位解調得到待測信號的信噪比；

S2、若積分窗到達傳感光纖尾端，解調結束，進入S3，否則，重復S1；

S3、若積分窗內光纖段的待測信號的信噪比超過預設的閾值，解調結束，否則，進入S4；

S4、根據光纖所有積分窗模值均值分布，建立積分窗長度與光纖軸向距離的關系模型，采用長度可變積分窗沿光纖軸向進行相位重解調得到更新后的信噪比，實現傳感增益提升。

進一步地，積分窗以預設長度和預設步長沿光纖軸向對采集到的后向散射光信號進行復數化相位解調得到待測信號的信噪比，具體包括：

S11、采集傳感光纖中m個散射點對N個發射光脈沖的后向散射光信號；

S12、對采集到的后向散射光信號進行復數化相位解調得到各散射點的光強相位復數；

S13、分別將相鄰兩散射點的光強相位復數做共軛相乘得到中間復數，對光纖同一位置，再將相鄰兩次發射光脈沖的中間復數做共軛相乘，得到最終復數，并求取最終復數的輻角主值；

S14、按照積分窗預設長度以預設步長沿光纖軸向對積分窗內光纖段的輻角主值進行積分，得到積分窗內光纖段的相位，進而得到積分窗內光纖段的待測信號的信噪比。