一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及分布式光纤在线振动预警，特设计一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置及方法。本发明专利技术光学部分包括FP脉冲激光器、EDFA模块、环形器、2*2耦合器、延时光纤、1*2耦合器、传感光纤、APD接收模块1、APD接收模块2和脉冲调制同步采样单元，FP脉冲激光器通过EDFA模块与环形器连接，环形器输出分别连接2*2耦合器和APD接收模块1，2*2耦合器输出分别连接延时光纤、1*2耦合器和APD接收模块2，1*2耦合器与被测传感光纤连接，脉冲调制同步采用单元分别与APD接收模块1、APD接收模块2和FP脉冲激光器。本发明专利技术通过对脉冲信号的背向散射的分时检测，使事件检测定位相对简单。使事件检测定位相对简单。使事件检测定位相对简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置及方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤在线振动预警，特设计一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置及方法。

技术介绍

[0002]分布式光纤传感技术以普通光纤为传感单元，通过对光纤传输回的信号可以解析还原传感链路环境物理信号，可以快速的搭建大面积的传感网络，同时实现实时在线检测。针对当前广泛使用的全光纤传感技术的2种技术方案的优缺点对比如下所示：
[0003]1、全光纤干涉仪检测方案：
[0004]优点：使用连续信号光，信噪比较高，在实现长距离的监控时对硬件最小噪声要求较低；
[0005]缺点：a).当前原理是通过不同路径返回的信号产生干涉，一般系统需要同时布设多根光纤。需要专门布设传感光纤，不利于利用现有的通讯光网络。b).一般在线的传感网络需要提供异常事件定位功能，全光纤干涉方案的定位算法会相对复杂，同时会进一步提升系统的复杂程度。
[0006]2、基于相干光时域反射仪器检测方案：
[0007]优点：a).通过采集脉冲信号光在传感链路的背向散射信号，可以很简单的通过计算对应信号的飞行时间，进行事件的精准定位。b).由于使用了相干检测技术，克服了背向散射弱的问题，有利于长距离的光纤传感网络建立。c).信号的解调方案容易实现。
[0008]缺点：相干光时域反射方案对于系统的硬件要求非常高：a).背向散射信号光与本振光的相干条件：脉冲光源的线宽需要非常窄，以确保光源的相干长度满足需求。脉冲光源的成本较高。b).当前方案需要使用AOM对光源进行调制，大带宽AOM器件成本较高。c).背向散射信号非常弱，长距离背向散射回的信号能量非常低，对于采样硬件的噪声水平要求非常高。以上决定了该方案的成本较高。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置及方法。本专利技术使用FP激光器内调制作为脉冲信号光源，降低了系统搭建成本。通过对脉冲信号的背向散射的分时检测，使事件检测定位相对简单。
[0010]本专利技术的技术方案是：一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，包括光学部分和采样数据处理单元，采样数据处理单元对采样数据进行处理分析，负责实时监控，其特征在于：光学部分包括FP脉冲激光器、EDFA模块、环形器、2*2耦合器、延时光纤、1*2耦合器、传感光纤、APD接收模块1、APD接收模块2和脉冲调制同步采用单元，FP脉冲激光器通过EDFA模块与环形器连接，环形器输出分别连接2*2耦合器和APD接收模块1，2*2耦合器输出分别连接延时光纤、1*2耦合器和APD接收模块2，1*2耦合器与被测传感光纤连接，脉冲调制同步采用单元分别与APD接收模块1、APD接收模块2和FP脉冲激光器。
[0011]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元根据差分强度解调获取振动信号。
[0012]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元根据振动信号在时域上的位置，计算得到振动源的距离。
[0013]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元的采样率100M。
[0014]本专利技术还公开了一种基于白光干涉的振动在线光纤监控方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0015]采样数据处理单元数据采集的步骤；
[0016]采样数据处理单元分别对采样数据分析，数据分析的步骤为：
[0017]1).数据预处理：读取缓存队列数据m*2n,对每隔脉冲的数据进行小波分解，保留最终的低频分量得到数据块m
’
*2n；其中n为脉冲数目,m为单次采样的数据长度，m
’
为小波分解后单次采样的数据长度变化；
[0018]2).采样数据的差分处理：
[0019]a).将2个通道的m
’
*2n的数据按照时间轴方向，按列进行差分，对应得到m
’
*2n
‑
数据块；
[0020]b).将通道1以及通道2的数据进行逐个位置的差分，获取最终的差分数据；
[0021]3).设定阈值去噪：
[0022]4).信号的判断指标计算；
[0023]5).事件的阈值判断。
[0024]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控方法，其特征在于：设定阈值去噪的具体过程包括以下步骤：
[0025]1、通过差分获取的数据Data:m
’
*2n
‑
1,整段光纤点数为m
’
；
[0026]2、将光纤采样点分成N段，每段光纤采样点数为
[0027]Num＝m
’
/N；
[0028]3、计算每段内采样点的上下波动方差，具体如下所示：
[0029]S(i)＝Var(Data[1+(i
‑
1)*Num：i*Num,1:2n
‑
1])；
[0030]其中：Var：计算波动方差；i＝1,...N；
[0031]4、经过计算，大部分背景噪声波动在3倍方差以内，所以每段取固定阈值为：
[0032]Thr(i)＝3*S(i)；其中i＝1,2,...N；
[0033]5.进行阈值去噪，所有位置点信号强度低于对应区域的阈值Thr(i)则强制置0。
[0034]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控方法，其特征在于：信号的判断指标为前将采样数据的短时信号能量、短时过零率或峰均比指标。
[0035]根据如上所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控方法，其特征在于：事件的阈值判断过程为：按照固定的事件阈值对数据进行搜索,判断是否存在振动事件；如果判断存在振动事件时，提取事件第一个上升沿，通过飞行时间计算事件位置。
[0036]本专利技术的有益效果是：可以直接使用现有的通讯光缆，实现10km以内在线检测，以最经济的途径快速部署；且对于信号光源的线宽没有要求；只需要进行简单的差分强度解调就可以获取振动信号。
附图说明
[0037]图1为本专利技术装置的结构示意图。
[0038]图2为本专利技术的信号采集处理流程图。
[0039]图3为处理后振动信号效果。
具体实施方式
[0040]以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0041]如图1所示，本专利技术的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，包括光学部分和采样数据处理单元，光学部分包括FP脉冲激光器、EDFA模块、环形器、2*2耦合器、延时光纤、1*2耦合器、传感光纤、APD接收模块1、APD接收模块2和脉冲调制同步采用单元，FP脉冲激光器通过EDFA模块与环形器连接，环形器输出分别连接2*2耦合器和APD接收模块1，2*2耦合器输出分别连接延时光纤、1*2耦合器和APD接收模块2，1*2耦合器与被测传感光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，包括光学部分和采样数据处理单元，采样数据处理单元对光纤背向各部分散射信号测量的数据进行处理分析，负责实时监控，其特征在于：光学部分包括FP脉冲激光器、EDFA模块、环形器、2*2耦合器、延时光纤、1*2耦合器、传感光纤、APD接收模块1、APD接收模块2和脉冲调制同步采样单元，FP脉冲激光器通过EDFA模块与环形器连接，环形器分别连接2*2耦合器和APD接收模块1，2*2耦合器输出分别连接延时光纤、1*2耦合器和APD接收模块2，1*2耦合器与被测传感光纤连接，脉冲调制同步采用单元分别与APD接收模块1、APD接收模块2和FP脉冲激光器。2.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元根据差分强度解调获取振动信号。3.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元根据振动信号在时域上的位置，计算得到振动源的距离。4.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的振动在线光纤监控装置，其特征在于：采样数据处理单元的采样率100M。5.一种基于白光干涉的振动在线光纤监控方法，其特征在于：包括以下步骤：采样数据处理单元数据采集的步骤；采样数据处理单元分别对采样数据分析，数据分析的步骤为：1).数据预处理：读取缓存队列数据m*2n,对每个脉冲的数据进行小波分解，保留最终的低频分量得到数据块m
’
*2n；其中n为脉冲数目,m为单次采样的数据长度，m
’
为小波分解后单次采样的数据长度；2).采样数据的差分处理：a).将2个通道的m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗超，李晓磊，章枭枭，王兵华，
申请(专利权)人：武汉光谷互连科技有限公司，
类型：发明
国别省市：