基于时分复用的高重复率准分布式传感系统技术方案

本发明专利技术公开了基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，属于光纤传感测量技术领域，该系统光信号调制模块产生的啁啾脉冲光信号在自相关后的主瓣宽度不大于反射光信号中两个反射点间隔的

【技术实现步骤摘要】
基于时分复用的高重复率准分布式传感系统
本专利技术涉及光纤传感测量
，具体涉及基于时分复用的高重复率准分布式传感系统。
技术介绍
传感器作为一种集成自动测量、记录等功能的检测装置，在我们的生活及生产活动中得到了广泛的应用。相比于传统的电学传感器，基于光纤的传感器具有轻便、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高温、探测灵敏度高等独特的优势，所以分布式光纤传感在近几十年来得到快速发展。相位敏感型光时域反射仪是一种典型的分布式光纤传感系统，它通过解调光纤中瑞利散射光的干涉强度来进行对外界干扰的实时监测，由于其具有超高灵敏度的显著优势而备受关注，但是由于瑞利散射光的强度很微弱，所以在有些领域的应用受到了限制。近年来，将超弱光纤光栅(UWFBG)阵列写入普通单模光纤的在线写入技术已经实现商业化，由于FBG可以提供稳定且较高的反射强度，所以基于弱反射率FBG串的准分布式测量系统应运而生。但是无论是分布式测量系统还是准分布式测量系统，测量重复率fscan和传感距离L是相互制约的,他们之间满足fscan≤c/2nL。近年来，对于打破测量重复率和传感距离限制的研究，主要有以下两种：1、基于频分复用的分布式光纤传感技术，通过向传感光纤中注入N个不同频率范围的啁啾脉冲，通过在频域加窗的方法分别解调出来各个频率范围的散射信号，这些散射信号可以分别恢复出来扰动信息，从而测量重复率提升了N倍，但是这种方法使得传感带宽增加了N倍，而且由于啁啾信号扫频范围的减小，使得系统的空间分辨率也降低了N倍。2、基于正负频IQ解调的分布式光纤传感技术，通过向传感光纤中注入正负频率的啁啾脉冲，由于正频和负频在频域上是可以分开的，所以运用傅里叶变换技术，可以将携带反射光信息的正负频率的信号分开，它们可以分别恢复出来扰动信息，使得测量重复率提升了2倍。但是这种方法需要双通道探测，增加了系统的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术提供了基于时分复用的高重复率准分布式传感系统及其实现方法，解决了目前的准分布式测量系统由于测量重复率与传感距离相互制约，无法保证在系统具有高空间分辨率的同时提高重复率的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，包括激光器模块、耦合器、光信号调制模块、信号检测模块、光环形器和信号解调模块，所述光信号调制模块将光信号调制为啁啾脉冲光信号，所述光信号调制模块的输出端连接光环形器的端口1，所述光环形器的端口2将啁啾脉冲光信号输入待测传感光纤并接收所述待测传感光纤返回的反射光信号，所述光环形器的端口3将所述反射光信号输入信号检测模块，所述信号检测模块利用反射光信号和耦合器输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块将所述拍频信号输入信号解调模块进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息；所述啁啾脉冲光信号在自相关后的主瓣宽度不大于反射光信号中两个反射点间隔的即：w1+w2+…+wx≤L(1)，其中w1,w2……wx表示主瓣宽度，x表示光在传感光纤中传输的往返时间t0内打入的脉冲数目，L表示反射点之间的间隔；所述啁啾脉冲光信号的重复周期t的范围为且使不同脉冲的反射光信号经过匹配滤波之后的互相关峰在时域相互分离，其中xmax表示反射点之间的间隔L与匹配滤波互相关峰平均宽度的比值。进一步的，所述拍频信号的解调步骤为：步骤1：将所述拍频信号按照采样顺序分为N组数据，每组数据包括x个数据，N为不为零的整数；步骤2：对第n组数据进行扰动信息的求解，n为小于等于N的正整数。进一步的，步骤21：在数字域生成啁啾信号P，所述啁啾信号P与输入待测传感光纤的x个的啁啾脉冲信号相同；步骤22：将所述啁啾信号P与所述拍频信号进行匹配滤波，得到互相关峰值M，采用的公式如下：其中，表示互相关运算，M表示匹配滤波后的互相关峰值，E表示拍频信号；步骤23：利用所述互相关峰值解调出扰动信息。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：在保证系统有高空间分辨率的同时，使得测量重复率提高x倍，而且本专利技术不需要调制不同频率的脉冲，降低了对调制器的要求，使用单通道探测，降低了系统的复杂度。例如，在使用相隔5米的FBG串作为传感光纤时，设置啁啾信号的扫频范围为40MHz，向光纤中注入啁啾脉冲信号，脉冲间隔为1/4个周期，使得系统在保证5米空间分辨率的同时，将测量重复率提升了4倍。本专利技术相较于基于频分复用技术的分布式光纤传感系统，由于使用的啁啾脉冲是完全相同的，避免了频分复用中不同频带对扰动信号响应的不一致性；而且在准分布式系统中，空间分辨率是由啁啾的扫频范围和反射点之间的间隔共同决定的，当反射点间隔大于啁啾的扫频范围对应的空间分辨率时，空间分辨率与啁啾信号的扫频范围无关。本专利技术在保证高空间分辨率的同时，将测量重复率提升了x倍；相较于基于正负频IQ解调技术的分布式光纤传感系统，本专利技术不需要双通道探测，只需要单通道即可，降低了系统复杂度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术提供的基于时分复用的高重复率准分布式传感系统的系统框图；图2是本专利技术实施例提供的基于时分复用的高重复率准分布式传感系统的原理图；图3是本专利技术实施例提供的基于时分复用的高重复率准分布式传感系统流程图；1-激光器模块，2-耦合器，3-光信号调制模块，4-光环形器，5-待测传感光纤，6-信号检测模块，7-信号解调模块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，包括激光器模块(1)、耦合器(2)、光信号调制模块(3)、信号检测模块(6)、光环形器(4)和信号解调模块(7)，所述光信号调制模块(3)将光信号调制为啁啾脉冲光信号，所述光信号调制模块(3)的输出端连接光环形器(4)的端口1，所述光环形器(4)的端口2将啁啾脉冲光信号输入待测传感光纤(5)并接收所述待测传感光纤(5)返回的反射光信号，所述光环形器(4)的端口3将所述反射光信号输入信号检测模块(6)，所述信号检测模块(6)利用反射光信号和耦合器(2)输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块(6)将所述拍频信号输入信号解调模块(7)进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息；/n其特征在于，所述啁啾脉冲光信号在自相关后的主瓣宽度不大于反射光信号中两个反射点间隔的

【技术特征摘要】
1.基于时分复用的高重复率准分布式传感系统，包括激光器模块(1)、耦合器(2)、光信号调制模块(3)、信号检测模块(6)、光环形器(4)和信号解调模块(7)，所述光信号调制模块(3)将光信号调制为啁啾脉冲光信号，所述光信号调制模块(3)的输出端连接光环形器(4)的端口1，所述光环形器(4)的端口2将啁啾脉冲光信号输入待测传感光纤(5)并接收所述待测传感光纤(5)返回的反射光信号，所述光环形器(4)的端口3将所述反射光信号输入信号检测模块(6)，所述信号检测模块(6)利用反射光信号和耦合器(2)输入的本振光信号产生拍频信号，所述信号检测模块(6)将所述拍频信号输入信号解调模块(7)进行解调和输出，得到所述反射光信号的扰动信息；
其特征在于，所述啁啾脉冲光信号在自相关后的主瓣宽度不大于反射光信号中两个反射点间隔的即：
w1+w2+…+wx≤L(1)，其中w1,w2……wx表示主瓣宽度，x表示光在传感光纤中传输的往返时间t0内打入的脉冲数目，L表示反射点之间的间隔；
所述啁啾脉冲光信号的重复周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子南，王紫檀，蒋家林，饶云江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51