The invention discloses a method for detecting distributed high speed disturbance quantitatively, by time multiplexing method can achieve ultra high speed disturbance detection; by Hilbert transform, orthogonal transformation phase demodulation method for phase demodulation can achieve real-time detection of disturbance location, frequency and amplitude. The invention also discloses a distributed high speed disturbance quantitative detection device comprises a pulse generator, a laser, a first coupler, pulse modulator, erbium-doped fiber amplifier, a circulator, the optical fiber sensing unit, second coupler, balance detector, band-pass filter, power amplifier, data acquisition card. The present invention by time division multiplexing technology to improve the detection of pulse repetition frequency, so that the diameter of reflection grating OTDR system realization based on ultra high speed disturbance detection; using coherent detection structure by phase demodulation method, combined with the phase unwrapping algorithm to achieve real-time detection of disturbance location, frequency and amplitude.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感
,特别是一种分布式超高速扰动定量检测方法及装置。
技术介绍
相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)具有灵敏度高、测量速度快、结构简单等特点,非常适用于光纤上的微扰事件的检测,在大型建筑结构的健康检测、地下光纤通信线路保护等领域具有巨大的应用前景,Φ-OTDR系统也因此成为国内外传感技术研究的热点。Φ-OTDR利用光纤中的后向瑞利散射光的相干衰落效应进行传感,可以检测作用于光纤上的扰动事件位置和频域的信息。相比于光时域反射仪(OTDR),Φ-OTDR为了得到可用的后向瑞利散射光时域曲线,必须使用频率稳定的窄线宽激光器。当频率稳定的窄线宽短脉冲被发射到传感光纤中时,其背向瑞利散射信号因为相干效应而呈现锯齿状。通过分析这种锯齿状瑞利信号波形的变化,就可以监视传感光纤中由于外界扰动而引起的光纤的折射率、光纤中散射点之间距离的变化。Φ-OTDR具有响应速度快和灵敏度高两个明显的优点。相比于布里渊和拉曼光时域反射计,Φ-OTDR利用光强更强的瑞利散射光进行扰动测量,无需进行多次的累加平均,即可获得较高的信噪比,Φ-OTDR也因此获得极快的响应速度,可用于探测快速变化的动态扰动信号。在Φ-OTDR中,通过测量光纤中背向瑞利散射信号的相位变化来测量扰动,这意味着Φ-OTDR系统能检测激光波长级别的外部扰动信号,因此Φ-OTDR具有极高的灵敏度。虽然Φ-OTDR具有诸多的优点,但是目前常用的Φ-OTDR也存在着明显的缺陷,它们大多只能够检测到应变的发生位置并提取其频域信息,无法定量的对应变数值进行测量。主要原因是接收端获取的光信号与光纤上加载 ...
【技术保护点】
一种分布式超高速扰动定量检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将连续模式窄线宽激光分成两路光信号,其中,第一路为探测光,第二路为本振光;步骤二、将探测光经脉冲调制、放大后形成探测光脉冲注入至光纤传感单元中,所述光纤传感单元为包括若干个反射光栅的光纤,探测光脉冲的周期为2*T/N;其中,T为光纤传感单元传输完一条探测光脉冲所需的时间,N为可设置的时分复用数,且N需满足以下条件:1)、N小于H/W,N为大于0的整数,其中,W为探测光脉冲的宽度,H为相邻两个反射光栅的间隔;2)、H/(N*W)为非整数;步骤三、探测光脉冲在光纤中产生背向瑞利散射光、在反射光栅处产生反射光;步骤四、将反射光与本振光相干拍频后输出两路光信号,这两路光信号之间产生180°的相位差;步骤五、将步骤四中的两路光信号转换为电信号,并经过滤波、放大、模数转换变为数字信号;步骤六、根据探测光脉冲的注入时间和反射光栅在光纤中的位置,从步骤五获得的数字信号中提取出各个反射光栅处不同时刻的反射光信号;步骤七、对步骤六获得的反射光信号采用相位解调方法,解调出各个反射光栅处光信号相位信息;步骤八、根据步骤七解调出的各个反射光栅处 ...
【技术特征摘要】
1.一种分布式超高速扰动定量检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、将连续模式窄线宽激光分成两路光信号,其中,第一路为探测光,第二路为本振光;步骤二、将探测光经脉冲调制、放大后形成探测光脉冲注入至光纤传感单元中,所述光纤传感单元为包括若干个反射光栅的光纤,探测光脉冲的周期为2*T/N;其中,T为光纤传感单元传输完一条探测光脉冲所需的时间,N为可设置的时分复用数,且N需满足以下条件:1)、N小于H/W,N为大于0的整数,其中,W为探测光脉冲的宽度,H为相邻两个反射光栅的间隔;2)、H/(N*W)为非整数;步骤三、探测光脉冲在光纤中产生背向瑞利散射光、在反射光栅处产生反射光;步骤四、将反射光与本振光相干拍频后输出两路光信号,这两路光信号之间产生180°的相位差;步骤五、将步骤四中的两路光信号转换为电信号,并经过滤波、放大、模数转换变为数字信号;步骤六、根据探测光脉冲的注入时间和反射光栅在光纤中的位置,从步骤五获得的数字信号中提取出各个反射光栅处不同时刻的反射光信号;步骤七、对步骤六获得的反射光信号采用相位解调方法,解调出各个反射光栅处光信号相位信息;步骤八、根据步骤七解调出的各个反射光栅处光信号相位信息,获得扰动位置、频率和振幅。2.根据权利要求1所述的一种分布式超高速扰动定量检测方法,其特征在于,所述相位解调方法为希尔伯特变换或正交变换。3.根据权利要求1所述的一种分布式超高速扰动定量检测方法,其特征在于,所述反射光栅的反射率低于-30dB。...
【专利技术属性】
技术研发人员:张益昕,乔苇岩,张旭苹,单媛媛,孙振鉷,王清,曹露,
申请(专利权)人:南京大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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