【技术实现步骤摘要】
基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感
，具体涉及一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置及方法。
技术介绍
[0002]相位敏感型光时域反射计(φ
‑
OTDR)具有分布式传感、响应速度快、结构简单、检测距离长以及抗电磁干扰等特点。由于光纤中背向瑞利散射若，φ
‑
OTDR受相干衰落、偏振衰落以及共模噪声等影响，会出现信噪比差，且远端急剧下降等问题。使用弱光栅阵列其反射率比瑞利散射强2～3个量级，信号的信噪比有很大的改善，但仍存在器件的共模噪声、光源噪声、EDFA自发辐射噪声等，信噪比还有待进一步提高。
[0003]为了解决上述技术问题，专利技术专利CN111998933A提出了将脉冲编码应用于OTDR系统，在提升信噪比的同时，克服空间分辨率和传感距离相互制约的问题，使用强度解调方法实现分布式振动传感。但仍存在以下技术问题：解码后的拍频信号中存在码间串扰噪声，会降低编码增益，影响系统信噪比。
[0004]因此，急需提供一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置及方法，解决现有技术中存在的由于解码后的拍频信号中存在码间串扰噪声，会降低编码增益，影响系统信噪比的技术问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置及方法，用以解决现有技术中存在的由于解码后的拍频信号中存在码间串扰噪声，会降低编码增益，影响系统信噪比的技术问题。>[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，包括激光光源、第一耦合器、任意波形发生器、声光调制器、环形器、弱光栅阵列、第二耦合器以及数据处理模块；所述激光光源、第一耦合器、声光调制器、环形器、弱光栅阵列依次连接，所述任意波形发生器与所述声光调制器连接，所述第二耦合器分别连接所述第一耦合器以及所述环形器，所述数据处理模块与所述第二耦合器连接；
[0007]所述激光光源用于产生连续光；
[0008]所述第一耦合器用于将所述连续光分为信号光以及本振光；
[0009]所述任意波形发生器用于基于插零编码方式生成四组目标电脉冲序列，并将四组所述目标电脉冲序列输出至所述声光调制器；
[0010]所述声光调制器用于根据四组所述目标电脉冲序列将所述信号光调制成四组格雷编码脉冲序列，并将四组所述格雷编码脉冲序列发送至所述环形器；
[0011]所述环形器用于将四组所述格雷编码脉冲序列输入至所述弱光栅阵列中；
[0012]所述弱光栅阵列用于根据四组所述格雷编码脉冲序列生成四组反射信号，并将四组所述反射信号输入至所述环形器；
[0013]所述第二耦合器用于接收所述本振光和四组所述反射信号，并根据所述本振光和四组所述反射信号生成四组拍频信号；
[0014]所述数据处理模块用于接收四组所述拍频信号，并根据四组所述拍频信号确定振动相位信息。
[0015]在一些可能的实现方式中，所述任意波形发生器具体用于生成四组初始单极性格雷编码序列，向所述初始单极性各类编码序列中的每一位后插入至少一个0码，生成四组所述目标电脉冲序列。
[0016]在一些可能的实现方式中，所述任意波形发生器还具体用于生成一对格雷互补序列，对所述格雷互补序列进行偏置处理，获得四组所述初始单极性格雷编码序列。
[0017]在一些可能的实现方式中，所述数据处理模块包括光电探测器和数字处理单元，所述光电探测器分别连接所述第二耦合器以及所述数字处理单元；
[0018]所述光电探测器用于接收四组所述拍频信号，并根据四组所述拍频信号生成四组电信号；
[0019]所述数字处理单元用于接收四组所述电信号，并对所述电信号依次进行解码及解调，确定所述振动相位信息。
[0020]在一些可能的实现方式中，四组所述电信号包括第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号，四组所述雷编码脉冲序列包括第一格雷编码脉冲序列、第二格雷编码脉冲序列、第三格雷编码脉冲序列以及第四格雷编码脉冲序列；所述数字处理单元具体用于基于解码算法对四组所述电信号进行解码，所述解码算法为：
[0021][0022]式中，y
A1
为第一电信号、y
A2
为第二电信号、y
B1
为第三电信号；y
B2
为第四电信号，A1为第一格雷编码脉冲序列；A2为第二格雷编码脉冲序列；B1为第三格雷编码脉冲序列；B2为第四格雷编码脉冲序列；I
w
(t)为单脉冲的拍频信号；N1(t)为解码后的拍频信号中的码间串扰噪声；N为单极性格雷编码序列的码长；*为卷积运算；为相关运算。
[0023]在一些可能的实现方式中，所述数字处理单元具体用于对解码后的所述电信号进行正交解调，确定所述振动相位信息。
[0024]在一些可能的实现方式中，所述基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置还包括掺铒光纤放大器，所述掺铒光纤放大器设置在所述声光调制器与所述环形器之间，所述掺铒光纤放大器用于将所述声光调制器输出的四组所述格雷编码脉冲序列进行放大处理后输出至所述环形器。
[0025]在一些可能的实现方式中，所述激光光源为窄线宽光源。
[0026]在一些可能的实现方式中，所述第一耦合器为1*2耦合器，所述第二耦合器为3dB耦合器。
[0027]另一专利技术，本专利技术还提供了一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量方
法，包括：
[0028]获取连续光，并将所述连续光分为信号光和本振光；
[0029]获取四组目标电脉冲序列，并根据四组所述目标电脉冲序列将所述信号光调制成四组格雷编码脉冲序列；
[0030]根据四组所述格雷编码脉冲序列获得四组反射信号；
[0031]接收四组所述反射信号，并根据所述本振光和四组所述反射信号生成四组拍频信号；
[0032]接收四组所述拍频信号，并根据四组所述拍频信号确定振动相位信息。
[0033]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，通过设置任意波形发生器用于基于插零编码方式生成四组目标电脉冲序列，并利用四组目标电脉冲序列获得四组反射信号，然后根据本振光和四组反射信号生成四组拍频信号，并根据四组拍频信号确定振动相位信息，可抑制码间串扰，提高基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置的信噪比。
[0034]进一步地，本专利技术通过设置第一耦合器将连续光分为信号光以及本振光，可获得振动相位信息，而不仅仅是对振动进行定位，还可定量的分析振动信息，提高基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置的测量精细度。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，其特征在于，包括激光光源、第一耦合器、任意波形发生器、声光调制器、环形器、弱光栅阵列、第二耦合器以及数据处理模块；所述激光光源、第一耦合器、声光调制器、环形器、弱光栅阵列依次连接，所述任意波形发生器与所述声光调制器连接，所述第二耦合器分别连接所述第一耦合器以及所述环形器，所述数据处理模块与所述第二耦合器连接；所述激光光源用于产生连续光；所述第一耦合器用于将所述连续光分为信号光以及本振光；所述任意波形发生器用于基于插零编码方式生成四组目标电脉冲序列，并将四组所述目标电脉冲序列输出至所述声光调制器；所述声光调制器用于根据四组所述目标电脉冲序列将所述信号光调制成四组格雷编码脉冲序列，并将四组所述格雷编码脉冲序列发送至所述环形器；所述环形器用于将四组所述格雷编码脉冲序列输入至所述弱光栅阵列中；所述弱光栅阵列用于根据四组所述格雷编码脉冲序列生成四组反射信号，并将四组所述反射信号输入至所述环形器；所述第二耦合器用于接收所述本振光和四组所述反射信号，并根据所述本振光和四组所述反射信号生成四组拍频信号；所述数据处理模块用于接收四组所述拍频信号，并根据四组所述拍频信号确定振动相位信息。2.根据权利要求1所述的基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，其特征在于，所述任意波形发生器具体用于生成四组初始单极性格雷编码序列，向所述初始单极性各类编码序列中的每一位后插入至少一个0码，生成四组所述目标电脉冲序列。3.根据权利要求2所述的基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，其特征在于，所述任意波形发生器还具体用于生成一对格雷互补序列，对所述格雷互补序列进行偏置处理，获得四组所述初始单极性格雷编码序列。4.根据权利要求1所述的基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括光电探测器和数字处理单元，所述光电探测器分别连接所述第二耦合器以及所述数字处理单元；所述光电探测器用于接收四组所述拍频信号，并根据四组所述拍频信号生成四组电信号；所述数字处理单元用于接收四组所述电信号，并对所述电信号依次进行解码及解调，确定所述振动相位信息。5.根据权利要求4所述的基于弱光栅阵列和脉冲编码的分布式振动测量装...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐健冠，吕万华，邓艳芳，杨明红，程乘，甘维兵，范典，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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