[發(fā)明專利]一種雙馬赫-曾德爾干涉儀的反饋環(huán)路控制方法及裝置

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• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115164955A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 張梓平;鄭新龍;梁云;陳碩;胡凱
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司;國網(wǎng)浙江省電力有限公司舟山供電公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D18/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 王娜

本發(fā)明提供了一種雙馬赫?曾德爾干涉儀的反饋環(huán)路控制方法及裝置，其中，該方法包括：獲取雙馬赫?曾德爾干涉儀連續(xù)采集的多個采集點的振動信號，形成振動信號序列；將振動信號序列的峰峰值與預設閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果更新第一判定值與第二判定值；若根據(jù)第一判定值與第二判定值判定存在振動事件，則關(guān)閉反饋環(huán)路；若根據(jù)第一判定值與第二判定值判定不存在振動事件，則開啟反饋環(huán)路，通過反饋環(huán)路調(diào)節(jié)雙馬赫?曾德爾干涉儀中的相位差。通過實施本發(fā)明，只有在沒有振動事件的情況下執(zhí)行反饋操作，從而消除了事件誘導和反饋誘導相變之間的相互影響，解決了反饋帶寬設置方面的矛盾，并且極大地簡化了后處理過程。

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，具體涉及一種雙馬赫-曾德爾干涉儀的反饋環(huán)路控制方法及裝置。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感技術(shù)具備在大的空間范圍內(nèi)對任何位置進行物理量測量的獨特優(yōu)勢，這使得該技術(shù)在過去幾十年中得到了快速發(fā)展。當今最常用的兩種分布式光纖傳感技術(shù)，一種是基于反射測量法，另一種是基于干涉測量法。一般來說，基于反射測量的技術(shù)，如相敏光學時域反射計和布里淵光學時域分析/反射計，能夠繪制整個傳感光纖上的環(huán)境信息分布圖，是監(jiān)測電纜、鐵路和橋梁等大型資產(chǎn)的理想候選者。而基于干涉測量的技術(shù)只能識別和定位單個事件，但具有事件獲取速度快、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，因此更適合在周界安防等應用中進行入侵檢測。

雙馬赫-曾德爾干涉儀(Dual Mach-Zehnder Interferometer，DMZI)是一種廣泛使用的基于干涉測量的分布式傳感技術(shù)，并在全球商業(yè)市場上取得了巨大成功。標準DMZI傳感器由共享相同物理光路的兩個馬赫-澤德爾干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)組成，雙向光信號在其中同時傳播，并最終形成兩個從相反方向攜帶擾動信息的干涉曲線，然后根據(jù)兩個擾動曲線之間的時間延遲來計算擾動發(fā)生的位置。為了確保DMZI始終針對外界擾動具備最高靈敏度，系統(tǒng)光路需要運行在正交偏置點，即干涉儀中兩路光信號之間的相位差需要穩(wěn)定在±π/2。然而，環(huán)境溫度變化等干擾因素將不可避免地導致該相位差發(fā)生變化，且較長的傳感距離會直接放大這種影響，從而導致工作偏置點不穩(wěn)定。克服這個問題的常見辦法是引入反饋環(huán)路來實時監(jiān)測偏置點，當相位差與其標稱值(±π/2)不同時，相關(guān)信息將被轉(zhuǎn)換成誤差信號，用來控制預先安置在DMZI一臂中的相位調(diào)制器(PhaseModulation，PM)，以補償環(huán)境引起的相位變化，PM通常由壓電換能器(Piezoe-lectricTransducer，PZT)實現(xiàn)。

為了獲得良好的反饋性能，反饋帶寬通常應足夠?qū)挘员慵皶r趕上環(huán)境變化，從而確保將系統(tǒng)噪聲水平降至最低。但實際上，反饋環(huán)路中的PM相當于一個的附加振動源，由于DMZI無法識別不同位置的兩個或多個同時振動，此時必須注意后處理，以從受PM和振動事件同時影響的原始數(shù)據(jù)中提取事件相關(guān)數(shù)據(jù)。如果振動事件頻率超出反饋帶寬，則可以直接執(zhí)行這樣的后處理，因為此時在兩個連續(xù)反饋步驟之間存在足夠的持續(xù)時間來提取振動信號；當不滿足這樣的條件時，即振動頻率接近或在反饋帶寬內(nèi)，PM感應信號和事件感應信號在物理上是不可區(qū)分的，從而導致定位振動事件的系統(tǒng)誤差。

因此，當使用上述反饋方法時，待測振動事件的最小可測量頻率必須遠高于反饋帶寬的最高截止頻率，否則，振動事件的低頻部分將與反饋信號發(fā)生混疊，使得振動信號發(fā)生不可逆畸變，并最終導致事件定位發(fā)生較大誤差。即，為了能夠測量到足夠低的振動頻率，需要反饋帶寬足夠窄；而為了確保系統(tǒng)及時執(zhí)行相位補償并具備較強魯棒性，又需要反饋帶寬應足夠?qū)挘舴答亷捲O定不合理，則無法維持系統(tǒng)穩(wěn)定性與事件探測效率之間的平衡。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的若反饋帶寬設定不合理，則無法維持系統(tǒng)穩(wěn)定性與事件探測效率之間的平衡缺陷，從而提供一種雙馬赫-曾德爾干涉儀的反饋環(huán)路控制方法及裝置。