一种单数据通道多光路并行传感方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一单数据通道多光路并行传感方法及系统，属于及光纤传感技术领域，单数据通道多光路并行传感方法包括：测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号；通过单个数据通道测量传感光纤网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号；分别对目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量；根据各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，确定对应空间位置处的环境参量的变化情况。利用普通单模光纤即可完成分布式传感任务，且无需多通道开关或多路数据通道，降低了并行光纤传感网络的复杂度和成本。并行光纤传感网络的复杂度和成本。并行光纤传感网络的复杂度和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种单数据通道多光路并行传感方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，特别是涉及一种单数据通道多光路并行传感方法及系统。

技术介绍

[0002]光纤传感技术利用外界因素对光纤中光波光学特性的影响，实现环境参量的测量分析，分布式光纤传感技术作为光纤传感的一个重要分支，特别适合于分布式以及多点式网络化应用，能够完成传统传感技术难以完成的任务，主要利用探测光纤中背向散射信号，通过计量其光学表征参数变化得到外界因素的变化信息，可测量物理量包括应变、温度、压力、振动频率等。
[0003]分布式光纤传感技术很多时候需要同时监测多路光纤以增加传感光纤对被测物体的覆盖范围，近年来利用OFDR(Optical frequency
‑
domain reflectometry。光频域反射)技术，通过测量附着在被测物体上的多根光纤的应变分布或多芯光纤每根纤芯的应变分布，形状传感逐渐得到了广泛的应用，现有的大多数多光纤/纤芯传感方法和技术都需要多个平行数据采集及处理通道成本高昂，或者使用光开关对各个传感光纤非同时逐次测量，但其中对不同光纤之间测量的时间差会不可避免地对测量结果带来影响。
[0004]基于上述问题，亟需一种新的测量方法以保证测量精度的同时降低成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种单数据通道多光路并行传感方法，可保证测量精度的同时降低传感成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种单数据通道多光路并行传感方法，包括：
[0008]测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号；所述参考瑞利散射信号为各传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号；所述光纤传感网络中包括多根传感光纤；
[0009]通过单个数据通道测量所述传感光纤网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号；所述目标瑞利散射信号中包括各传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号；
[0010]分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量；
[0011]根据各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，确定对应空间位置处的环境参量的变化情况。
[0012]可选地，所述测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号，具体包括：
[0013]针对任一传感光纤，将频率线性调谐的激光入射至所述传感光纤中，探测不同频
率变化下的背向瑞利散射信号，得到背向瑞利散射的频域信号；
[0014]对所述频域信号进行快速傅里叶变换，得到背向瑞利散射的时域信号；
[0015]根据光在光纤中传播的群速度，将所述时域信号换算到距离域，得到所述传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号。
[0016]可选地，采用以下公式，确定第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号：
[0017][0018]其中，E
i
(ω)为第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号，ω为激光频率，E0为入射电场，L为传感光纤的长度，z为空间距离，κ
i
(z)为第i根光纤随空间距离分布的连续的散射截面，k(ω)为色散关系，j为虚数单位。
[0019]可选地，采用以下公式，确定第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号：
[0020][0021]其中，为第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号，E0为入射电场，c为真空中的光速，n
g
为群折射率，t为时间，j为虚数单位。
[0022]可选地，采用以下公式，确定第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号：
[0023][0024]其中，为第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号，N为不同频率下的频域信号的总数，I
i,n
为采集到的离散的随频率变化的强度阵列，j为虚数单位，m为离散瑞利散射信号中的点。
[0025]可选地，采用以下公式，确定目标瑞利散射信号：
[0026][0027]其中，为目标瑞利散射信号，为第i根传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号。
[0028]可选地，所述环境参量为应变变化或温度变化。
[0029]可选地，所述分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，具体包括：
[0030]针对任一传感光纤，根据单位长度，将所述传感光纤网络的目标瑞利散射信号分为多个目标散射信号；
[0031]根据单位长度，将所述传感光纤的参考瑞利散射信号分为多个参考散射信号；所述目标散射信号的数量与所述参考散射信号的数量相同；
[0032]针对任一目标散射信号，分别对所述目标散射信号及对应空间位置的参考散射信号进行快速傅里叶逆变换，得到目标局部光谱及参考局部光谱；
[0033]对所述目标局部光谱与所述参考局部光谱进行互相关计算，得到峰值偏移量；
[0034]根据所述峰值偏移量，确定对应空间位置处局部光谱的频谱偏移量。
[0035]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0036]一种单数据通道多光路并行传感系统，包括：计算机、光频域反射仪及光纤传感网络；
[0037]所述光纤传感网络中包括多根传感光纤；
[0038]所述计算机用于产生控制信号；
[0039]所述光频域反射仪与所述计算机连接，所述光频域反射仪用于根据所述控制信号，测量所述光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号，以及通过单个数据通道测量所述传感光纤网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号，并将所述目标瑞利散射信号及各传感光纤的参考瑞利散射信号发送至所述计算机；所述目标瑞利散射信号中包括各传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号；
[0040]所述计算机还用于分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，并根据各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，确定对应空间位置处的环境参量的变化情况。
[0041]可选地，所述单数据通道多光路并行传感系统还包括：
[0042]并行光纤传感网络，通过第一光耦合器与所述光频域反射仪连接，且所述并行光纤传感网络与所述光纤传感网络的空间位置不同。
[0043]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：通过测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号，再通过单个数据通道测量传感光纤网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号，对目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，进而确定各空间位置处的环境参量的变化情况，传感光纤利用普通单模光纤即可完成分布式传感任务，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，所述单数据通道多光路并行传感方法包括：测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号；所述参考瑞利散射信号为各传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号；所述光纤传感网络中包括多根传感光纤；通过单个数据通道测量所述传感光纤网络在外界环境参量变化情况下的目标瑞利散射信号；所述目标瑞利散射信号中包括各传感光纤随空间距离分布的目标离散背向瑞利散射信号；分别对所述目标瑞利散射信号与各传感光纤的参考瑞利散射信号进行分布式互相关计算，确定各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量；根据各传感光纤在各空间位置处的频谱偏移量，确定对应空间位置处的环境参量的变化情况。2.根据权利要求1所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，所述测量光纤传感网络中每根传感光纤在无外界环境参量变化条件下的参考瑞利散射信号，具体包括：针对任一传感光纤，将频率线性调谐的激光入射至所述传感光纤中，探测不同频率变化下的背向瑞利散射信号，得到背向瑞利散射的频域信号；对所述频域信号进行快速傅里叶变换，得到背向瑞利散射的时域信号；根据光在光纤中传播的群速度，将所述时域信号换算到距离域，得到所述传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号。3.根据权利要求2所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号：其中，E
i
(ω)为第i根光纤的背向瑞利散射的频域信号，ω为激光频率，E0为入射电场，L为传感光纤的长度，z为空间距离，κ
i
(z)为第i根光纤随空间距离分布的连续的散射截面，k(ω)为色散关系，j为虚数单位。4.根据权利要求2所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号：其中，为第i根传感光纤的背向瑞利散射的时域信号，E0为入射电场，c为真空中的光速，n
g
为群折射率，t为时间，j为虚数单位。5.根据权利要求2所述的单数据通道多光路并行传感方法，其特征在于，采用以下公式，确定第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号：其中，为第i根传感光纤随空间距离分布的离散瑞利散射信号，N为不同频率下的频
域信号的总数，I
i,n
为采集到的离散的随频率变化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕拓，魏汝明，周大鹏，彭伟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：