[發明專利]非對稱雙馬赫曾德傳感系統的解調方法及定位裝置

有效

• 申請號: 202010525454.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111811549B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉琨;劉鐵根;馬鵬飛;江俊峰;李鵬程;丁振揚;孫振世;張立旺;徐中原;安建昌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開了一種基于3×3耦合器的非對稱雙馬赫曾德傳感系統的解調方法及定位裝置，所述解調方法包括：初步處理，求取初始相位差，和積分與歸一化處理。所述定位裝置包括：光源，光環行器，DWDM，光電探測器，光纖耦合器，偏振控制器，傳感光纜，數據采集卡，和處理單元；所述處理單元進一步包括：初步處理模塊，高通濾波器，歸一化和去直流處理器，最大值與最小值處理模塊以及積分與歸一化處理模塊。本發明通過兩個3×3耦合器進行相位解調，當光路在非對稱雙馬赫曾德傳感系統中有人為擾動事件發生時，使用簡單的算法就可以在提高運算速度同時能夠有效消除兩路信號的非對稱性對定位結果的影響。

技術領域

本發明屬于傳感及檢測領域，尤其涉及一種基于3×3耦合器的非對稱雙馬赫曾德傳感系 統的解調方法及定位裝置。

背景技術

分布式光纖傳感技術越來越多的應用于電力、水利、石化等關系國計民生的領域。基于 干涉式波長解調的方法主要包括相位跟蹤法，相位載波法，3×3耦合器方法等。3×3耦合器 方法具有成本低，算法簡單且系統光路的實現相對容易的優點，但是也存在解調算法復雜的 問題。

傳統的雙馬赫曾德傳感系統由于接收到的兩路干涉信號受到了背向散射噪聲的影響而限 制了傳感距離，非對稱雙馬赫曾德傳感系統通過抑制背向散射噪聲從而延長傳感距離，然而， 由于非對稱系統的兩個光源波長不一致，導致了兩路接收到的信號不對稱，如果直接對這兩 路信號做互相關運算，將得到錯誤的定位結果。因此，需要消除兩路信號的非對稱性對定位 精度的影響。通常的思路是提取兩路信號的相位變化特征，然而傳統的方法，比如小波變換、 經驗模態分解等方法，其變換過程和分解過程復雜從而影響運算速度。

當光路在非對稱雙馬赫曾德傳感系統中有人為擾動事件發生時，存在環境噪聲，光源引 入的頻率噪聲，加性電路噪聲等，使信號光和參考光之間產生相位差，造成定位不精確的問 題，而克服這個問題需要引入極為復雜的運算。

為此，需要一種解調方法在提高運算速度同時能夠有效消除兩路信號的非對稱性對定位 結果的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種基于3×3耦合器的非對稱雙馬 赫曾德傳感系統的解調方法及使用該方法的定位裝置，該方法利用3×3耦合器直接提取非對 稱雙馬赫曾德傳感系統中兩路非對稱信號的相位差信號，利用該相位差信號進行互相關運算， 有效的消除了非對稱雙馬赫曾德傳感系統中兩路干涉信號的非對稱性對定位結果的影響，從 而提高定位精度，由于不需要復雜的變換和分解過程，該方法大大縮短了運算的時間。

一種非對稱雙馬赫曾德傳感系統的解調方法包括：

初步處理：經過3×3耦合器干涉后的原始信號執行歸一化和去直流處理，使用高通濾波 器濾除擾動事件引入的噪聲項后得到四路原始輸出信號，對獲得的原始輸出信號進行微分交 叉相乘運算，再做差，獲得初步處理后的信號；

求取初始相位差：將每路光束的兩路原始輸出信號做差后分別求其最大值和最小值，利 用獲取的最大值和最小值得到初始相位；

積分與歸一化處理：將初步處理后的信號進行積分運算和歸一化處理，從而消除原始信 號的非對稱性，利用互相關算法求取擾動事件引入的相位差的相位變化特征，從而獲得時延。

一種非對稱雙馬赫曾德傳感系統的定位裝置，包括：

光源：兩個波長為1550nm附近窄帶寬分布式反饋激光器(DFB)，兩光源波長差大于本 系統所用密集波分復用器(DWDM)的波長間隔；

光環行器：用來將光源發出的光傳輸到待檢測物體并收集反射信號光，當光源功率較大 時，可采用光纖耦合器替代；

DWDM：工作波長1500nm附近兩個商用單通道DWDM，光譜透射范圍分別只包含系統所用的一只光源的波長；

光電探測器：銦鎵砷光電探測器(PD)，接收光信號，進行光電轉換并放大。