基于传感光纤的分布式扰动测量方法、扰动测量系统技术方案

一种基于传感光纤的分布式扰动测量方法、扰动测量系统，该分布式扰动测量方法包括：将探测光信号输入被施加有外部扰动的待测传感光纤中，得到带有外部扰动信息的背向散射光信号；将背向散射光信号与本振光信号进行拍频，得到拍频信号；利用滑动窗口对拍频信号进行截取，得到截取信号；将截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号，数字滤波信号为啁啾脉冲信号；对数字滤波信号进行解调，得到截取信号中的扰动信息；改变滑动窗口的位置，重复执行预定次数的得到截取信号至得到扰动信息的步骤，直至得到拍频信号中的所有扰动信息。直至得到拍频信号中的所有扰动信息。直至得到拍频信号中的所有扰动信息。

【技术实现步骤摘要】
基于传感光纤的分布式扰动测量方法、扰动测量系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，特别涉及基于传感光纤的分布式扰动测量方法、扰动测量系统。

技术介绍

[0002]现有基于啁啾脉冲的分布式光纤传感使用线性啁啾脉冲作为探测脉冲，通过扰动前后啁啾脉冲瑞利背向散射谱的时延差所对应的频差值对外界扰动引起的相位变化作等效补偿，由于相位变化与扰动量呈线性关系，最终实现了对温度、应变的定量测量，且测量分辨率高达1mK/4nε，比现有的基于拉曼散射效应和基于布里渊散射效应的分布式传感分辨率高约两个数量级，对于地震学中地壳形变观测、地热观测和海洋温深传感等高分辨率静态传感领域有着极其重要的意义。
[0003]但基于啁啾脉冲的分布式光纤传感最大可测扰动量受啁啾探测脉冲信号带宽的限制，且要求扰动引起啁啾脉冲瑞利背向散射谱的时延差所对应的频差值不应超过啁啾探测脉冲信号带宽的5％，又由于相位敏感光时域反射计空间分辨率正比于探测脉冲信号脉宽，在保证空间分辨率的前提下产生大带宽的啁啾脉冲信号对任意波形发生器的采样率要求极高，极大地增加了系统成本，因此现有的基于啁啾脉冲的分布式光纤传感扰动测量范围十分有限。

技术实现思路

[0004]有鉴于以上此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于传感光纤的分布式扰动测量方法、扰动测量系统，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0005]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种基于传感光纤的分布式扰动测量方法，包括：将探测光信号输入被施加有外部扰动的待测传感光纤中，得到带有外部扰动信息的背向散射光信号，其中，所述探测光信号包括n个脉宽相同、带宽相同的单频脉冲光信号，n个所述单频脉冲光信号为步进频率脉冲光信号，任意两个单频脉冲光信号的频率不同，2<n<100；
[0006]将所述背向散射光信号与本振光信号进行拍频，得到拍频信号；
[0007]利用滑动窗口对所述拍频信号进行截取，得到截取信号；
[0008]将所述截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号，所述数字滤波信号为啁啾脉冲信号；
[0009]对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息；
[0010]改变所述滑动窗口的位置，重复执行预定次数的所述得到截取信号至所述得到扰动信息的步骤，直至得到所述拍频信号中的所有扰动信息；
[0011]其中，所述单频脉冲光信号和所述本振光信号的频率差的范围为0.01
‑
10GHz。
[0012]根据本专利技术的实施例，上述扰动测量方法，还包括：
[0013]将连续激光信号分成第一激光信号和第二激光信号，其中第一激光信号经调制后
得到所述探测光信号，第二激光信号作为所述本振光信号。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述探测光信号的最大重复频率反比于所述传输光纤的长度。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述滑动窗口的时间宽度大于所述探测光信号的脉宽。
[0016]根据本专利技术的实施例，对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息，包括：
[0017]对所述数字滤波信号求互相关信号，得到所述互相关信号峰值对应的时延量；
[0018]根据所述时延量的到所述截取信号中的扰动信息。
[0019]根据本专利技术的实施例，将所述截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号，包括：
[0020]将所述截取信号与啁啾脉冲信号进行卷积运算，得到卷积信号；
[0021]获取所述卷积信号的强度，得到所述数字滤波信号。
[0022]作为本专利技术的第二个方面，还提供了一种扰动测量系统，利用如上所述的扰动测量方法，包括：
[0023]光信号产生模块，适用于产生探测光信号以及本振光信号；其中，所述探测光信号包括n个脉宽相同、带宽相同的单频脉冲光信号，任意两个单频脉冲光信号的频率不同，2<n<100，所述单频脉冲光信号和所述本振光信号的频率差在0.01
‑
10GHz；
[0024]待测传感光纤，适用于被施加外部扰动信息；
[0025]环形器，适用于将所述探测光信号输送至待测传感光纤，并得到所述待测传感光纤输出的带有扰动信息的背向散射光信号；
[0026]信号检测模块，适用于使所述背向散射光信号和所述本振光信号拍频，得到拍频信号；
[0027]信号解调模块，利用滑动窗口对所述拍频信号进行截取，得到截取信号；将所述截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号；以及对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息。
[0028]根据本专利技术的实施例，所述光信号产生模块包括：
[0029]光源单元，适用于产生连续激光信号；
[0030]耦合器，适用于将所述激光信号分成第一激光信号和第二激光信号，所述第二激光信号为所述本振光信号；
[0031]信号调制单元，适用于将所述第一激光信号调制为所述探测光信号。
[0032]根据本专利技术的实施例，所述信号检测模块包括：
[0033]光电探测器，适用于使所述背向散射光信号和所述本振光信号拍频，得到所述拍频信号；
[0034]数据采集卡，适用于对所述拍频信号进行采集。
[0035]根据本专利技术的实施例，所述信号解调模块包括：
[0036]截取单元，利用滑动窗口对所述拍频信号进行截取，得到所述截取信号；
[0037]滤波单元，将所述截取信号进行数字滤波，得到所述数字滤波信号；
[0038]解调单元，对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息。
[0039]根据本专利技术的实施例，探测光信号为包括n(2<n<100)个脉宽相同、频率不同、带宽相同的单频脉冲光信号，由于探测光信号的各个单频脉冲光信号的频谱展宽效应，可以使
探测光具有较大的有效带宽。本扰动测量方法的最大可测扰动量与探测光的有效带宽相关，而当总脉宽一定时，探测光有效带宽与各个单频脉冲信号脉宽的平方成反比，通过调整探测光信号中各个单频信号脉宽、频率间隔及数量，可有效增大探测信号的带宽并保持其脉宽不变，因此可在数字域经过数字滤波后可等效为大带宽的啁啾脉冲分布式光纤传感，且不会恶化空间分辨率。
附图说明
[0040]图1示意性示出了根据本专利技术实施例提供的基于传感光纤的分布式扰动测量方法的流程图；
[0041]图2示意性示出了根据本专利技术实施例提供的扰动测量系统的框图；
[0042]图3A示意性示出了根据本专利技术实施例提供的探测光信号的时域图；
[0043]图3B示意性示出了根据本专利技术实施例提供的探测光信号的时频图；
[0044]图4A示意性示出了根据本专利技术实施例提供的啁啾因子的时域图；
[0045]图4B示意性示出了根据本专利技术实施例提供的啁啾因子的时频图；
[0046]图5A示意性示出了根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于传感光纤的分布式扰动测量方法，包括：将探测光信号输入被施加有外部扰动的待测传感光纤中，得到带有外部扰动信息的背向散射光信号，其中，所述探测光信号包括n个脉宽相同、带宽相同的单频脉冲光信号，n个所述单频脉冲光信号为步进频率脉冲光信号，任意两个单频脉冲光信号的频率不同，2<n<100；将所述背向散射光信号与本振光信号进行拍频，得到拍频信号；利用滑动窗口对所述拍频信号进行截取，得到截取信号；将所述截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号，所述数字滤波信号为啁啾脉冲信号；对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息；改变所述滑动窗口的位置，重复执行预定次数的所述得到截取信号至所述得到扰动信息的步骤，直至得到所述拍频信号中的所有扰动信息；其中，所述单频脉冲光信号和所述本振光信号的频率差的范围为0.01
‑
10GHz。2.根据权利要求1所述的分布式扰动测量方法，还包括：将连续激光信号分成第一激光信号和第二激光信号，其中第一激光信号经调制后得到所述探测光信号，第二激光信号作为所述本振光信号。3.根据权利要求1所述的分布式扰动测量方法，其中，所述探测光信号的最大重复频率反比于所述传输光纤的长度。4.根据权利要求1所述的分布式扰动测量方法，其中，所述滑动窗口的时间宽度大于所述探测光信号的脉宽。5.根据权利要求1所述的分布式扰动测量方法，其中，对所述数字滤波信号进行解调，得到所述截取信号中的扰动信息，包括：对所述数字滤波信号求互相关信号，得到所述互相关信号峰值对应的时延量；根据所述时延量的到所述截取信号中的扰动信息。6.根据权利要求1所述的分布式扰动测量方法，其中，将所述截取信号进行数字滤波，得到数字滤波信号，包括：将所述截取信号与啁啾脉冲信号进行卷积运算，得到卷积信号；获取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹凯，徐团伟，马丽龙，姜英豪，邓棣珉，李芳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：