基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统，针对基于相干瑞利的光纤振动检测方法中采集卡利用率较低的问题对检测系统进行了改进，采用延迟器和光开关错时检测多路传感光纤中振动信号的方法，通过控制延迟器的时间来对每条传感光纤进行分时振动检测，实现了多路振动信号的检测；并且检测模块中的采集卡不需要接入脉冲控制信号，可以在一个脉冲周期内实时进行数据采集，提高了采集卡的利用率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统，针对基于相干瑞利的光纤振动检测方法中采集卡利用率较低的问题对检测系统进行了改进，采用延迟器和光开关错时检测多路传感光纤中振动信号的方法，通过控制延迟器的时间来对每条传感光纤进行分时振动检测，实现了多路振动信号的检测；并且检测模块中的采集卡不需要接入脉冲控制信号，可以在一个脉冲周期内实时进行数据采集，提高了采集卡的利用率。【专利说明】基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统
本专利技术涉及光纤传感信号处理
，特别涉及基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统。
技术介绍
相干瑞利散射又称为相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR),该技术将分布式光纤传感技术和干涉型光纤传感技术的优势相结合，既实现了全范围的检测又具有较高的灵敏度。 该技术的实现原理如下:窄线宽激光经过调制器之后变为脉冲光，经过放大的脉冲光进入传感光纤，在光源的相干长度内脉冲光的后向瑞利散射光相互干涉，干涉信号经过环形器进入探测器，一般干涉信号比较弱需要经过放大和滤波之后再进行探测，然后进行数据的采集和处理。当有振动信号作用在传感光纤时，干涉信号会产生较大的扰动，对该扰动实时捕捉从而实现了振动信号的检测与定位。 为了提高系统分辨率，被调制器调制后的光源脉冲占空比越来越小，而且为了避免测量光纤中激光脉冲之间的相互干扰，需要保证测量光纤中始终只有一个激光脉冲存在。在没有脉冲光时光纤中没有瑞利散射光，为了减少不必要数据的采集，通常做法是将调制器的触发信号接入采集卡，有脉冲光时触发采集卡采集数据，没有脉冲光时采集卡不采集数据，这样导致采集卡的利用效率较低。同时，目前基于该技术的振动检测装置都是一套系统对应一条传感光纤，对于需要多路检测的地域比如城市管网、分区域周界安防等需要安装多套系统，成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法及其检测系统，以提高基于相干瑞利散射系统中采集卡的利用率较，实现对多路振动信号的检测。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法，包括如下步骤: I)光源模块发出的脉冲光经IXN耦合器分为N路脉冲光； 2)各路脉冲光经延迟器和环形器后产生后向瑞利散射光信号； 第i路脉冲光经过环形器和/或延迟器后在长度为Li的传感光纤i中传输时间为\ ;所述第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间\计算公式为: t.: = (? = 1,2. 第i+Ι路脉冲光经过延迟器i和环形器之后进入传感光纤i+1，所述延迟器i的延迟时间Λ ti与第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间为\相等，即\ = Λ ti ;且各路脉冲光在传感光纤中的传输时间与脉冲光的脉冲周期T满足: W...+!^ = T 其中，n为传感光纤纤芯折射率，Li为传感光纤i的长度，c为真空中光速，T为脉冲光的脉冲周期，i = 1，2，3，…N ； 3)传感光纤中的后向瑞利散射光信号经过IXN光开关后进入检测模块，检测模块的采集卡进行数据采集，检测模块的数据处理部分对数据进行处理，通过延迟器和IXN光开关控制各条传感光纤的振动检测，实现传感光纤的分时检测；所述IXN光开关的第1-Ι通道和第i通道之间的转换时间Sti与第i路脉冲光的后向瑞利散射光信号在传感光纤i中的传输时间h相等，即Sti = ti = Ati; 4)当有振动信号作用在传感光纤上时，传感光纤中的后向瑞利散射光信号发生较大的扰动，对该扰动捕捉和定位从而实现振动信号的检测； 5)不同的振动事件作用在传感光纤上时造成的扰动信号会有不同，通过对不同信号进行模式识别从而实现振动信号的自动识别。 本专利技术还提供了另一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法，包括如下步骤: I)光源模块发出脉冲光,第一 I XN光开关将其分为N路脉冲光； 2)脉冲光经过第一 I XN光开关和环形器后在传感光纤中传输,脉冲光产生的后向瑞利散射光信号经第二 I XN光开关进入检测模块； 第i路脉冲光经过第一 I XN光开关和环形器后在长度为Li的传感光纤i中传输时间为ti;传感光纤i中的后向瑞利散射光信号通过第二 I XN光开关进入检测模块，经过时间\后，第一 I XN光开关和第二 I XN光开关同时从第1-Ι通道切换到第i通道，然后第i+Ι路脉冲光经过第一 IXN光开关和环形器后进入传感光纤i+Ι中传输，传感光纤i+1中的后向瑞利散射光信号经过第二 IXN光开关后进入检测装置；所述传输时间\的计算公式为: =(!'=1,2,…Λ”』 且每条传感光纤中瑞利散射光存在时间满足条件: = T 所述第一 I XN光开关和第二 I XN光开关的不同信道之间的转换由时钟电路控制同步切换，且所述第一 I XN光开关和第二 I XN光开关的第1-Ι通道和第i通道之间的转换时间Sti与第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间ti相等，即Sti = ti ； 其中，η为传感光纤纤芯折射率，Li为传感光纤i的长度，c为真空中光速，T为脉冲光的脉冲周期，i = 1，2，3，…N ； 3)传感光纤中的后向瑞利散射光信号进入检测模块后，检测模块的采集卡进行数据采集，检测模块的数据处理部分对数据进行处理，通过第一 IXN光开关和第二 IXN光开关控制各条传感光纤的振动检测，实现传感光纤的分时检测； 4)当有振动信号作用在传感光纤上时，此传感光纤中的后向瑞利散射光信号发生较大的扰动，对该扰动捕捉和定位从而实现振动信号的检测； 5)不同的振动事件作用在传感光纤上时造成的扰动信号会有不同，通过对不同信号进行模式识别从而实现振动信号的自动识别。 进一步地，所述光源为窄线宽激光器发出的光，所述窄线宽激光器发出的连续的连续光波经调制器变为脉冲光再经放大器放大，所述脉冲光的脉冲持续时间为△ t，脉冲周期为T，占空比为At/To 进一步地，所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于100km，且所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于传感光纤的长度。 本专利技术提供了一种基于相干瑞利散射的多路振动检测系统，包括光源模块、I XN耦合器、环形器、延迟器、IXN光开关及检测模块，所述光源模块接入所述I XN耦合器的一端，所述I XN耦合器的N路输出端分别通过传感光纤连接所述延迟器和环形器，所述环形器分别与所述I XN光开关的N路输出端相连，所述I XN光开关另一端与所述检测模块相接，所述传感光纤中从传感光纤2到传感光纤N上分别依次连接延迟器I到延迟器N-1。 本专利技术还提供了另一种基于相干瑞利散射的多路振动检测系统，包括光源模块、第一 IXN光开关、时钟电路、环形器、第二 IXN光开关及检测模块，所述光源模块接入所述第一 I XN光开关的一端,所述第一 I XN光开关的N路输出端分别通过传感光纤连接所述环形器，所述环形器分别与所述第二 I XN光开关的N路输出端相连，所述第二 I XN光开关的另一端与所述检测模块相接，所述第一 IXN光开关和所述第二 IXN光开关分别与所述时钟连接。 进一步地，所述光源模块由光源、调制器和放大器顺序相连组成。 进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相干瑞利散射的多路振动检测方法，包括如下步骤：1)光源模块发出的脉冲光经1×N耦合器分为N路脉冲光；2)各路脉冲光经延迟器和环形器后产生后向瑞利散射光信号；第i路脉冲光经过环形器和/或延迟器后在长度为Li的传感光纤i中的传输时间为ti；所述第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间ti计算公式为：ti=2Linc,(i=1,2,...N)]]>第i+1路脉冲光经过延迟器i和环形器之后进入传感光纤i+1，所述延迟器i的延迟时间Δti与第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间为ti相等，即ti＝Δti；且各路脉冲光在传感光纤中的传输时间与脉冲光的脉冲周期T满足：t1+t2+…+tN＝T其中，n为传感光纤纤芯折射率，Li为传感光纤i的长度，c为真空中光速，T为脉冲光的脉冲周期，i＝1,2,3，…N；3)传感光纤中的后向瑞利散射光信号经过1×N光开关后进入检测模块，检测模块的采集卡进行数据采集，检测模块的数据处理部分对数据进行处理,通过延迟器和1×N光开关控制各条传感光纤的振动检测，实现传感光纤的分时检测；所述1×N光开关的第i‑1通道和第i通道之间的转换时间Sti与第i路脉冲光在传感光纤i中的传输时间ti相等，即Sti＝ti＝Δti；4)当有振动信号作用在传感光纤上时，传感光纤中的后向瑞利散射光信号发生较大的扰动，对该扰动捕捉和定位从而实现振动信号的检测；5)不同的振动事件作用在传感光纤上时造成的扰动信号会有不同，通过对不同信号进行模式识别从而实现振动信号的自动识别。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周琰，田孝忠，谭东杰，孙巍，马云宾，刘路，孟佳，邱红辉，王海明，蔡永军，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11