一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法及系统，包括：通过光纤向各地震测量点处传送线性调频脉冲光波；获取光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形；将光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形和不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形进行比对，确定不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量；根据不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量，确定不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平；从不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平中，提取地震相关的测量数据。提高了地震监测的精度。提高了地震监测的精度。提高了地震监测的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及地震监测
，尤其涉及一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]光纤分布式声音传感技术依靠光波在沿传感光纤向前传播时产生的瑞利散射对光纤沿线的环境振动进行监测。当一束相干脉冲光波沿传感光纤向前传播时，光纤存在的微小非均匀性会引起散射光波的产生，就像在光纤中存在随机分布的不完全反射镜。任何光纤沿线环境振动的扰动都会改变这些反射镜的反射特性，影响光纤特性。因此，DAS系统可以从接收到的后向瑞利散射信号中反演计算得到环境振动的持续时间和空间位置。
[0004]但是，由于传感光纤受到应力引起的瑞利散射强度存在非线性特征，直接测量光纤沿线的瑞利散射信号强度并不能获得环境振动幅度的量化指标。任何影响光纤的应力或者温度扰动可以使后向瑞利散射产生线性比例的相位变化。因此，可以通过测量瑞利散射的相位量化分析环境振动幅度。
[0005]现有基于相位解调的DAS系统中，有许多方法可以采集瑞利散射相位，最直接的方法是外差或者零差相干探测方法。然而，基于相位解调的DAS系统的相干探测方法存在诸多问题，最严重的是后向瑞利散射光波干涉会引起信号衰落，从而导致无法可靠的测量相位，特别是在长距离振动监测中，由于远距离处的后向瑞利散射光波强度变弱，使得较远距离处的振动监测信噪比下降严重，测量结果误差更大。并且，噪声信号会导致相位解缠绕过程的不稳定，激光器自身还存在相位噪声，会进一步恶化DAS系统的环境振动测量精度。
[0006]此外，光纤DAS系统用于地震测量也带来了新的挑战，光纤DAS系统的光学仪器、电子设备、光纤沿线人为造成的或者环境中的振动源，都会作为噪声干扰地震波的监测。光纤光缆铺设的准确位置很难被人为控制，所以无法通过优化光纤部署的方法使长距离光纤仅感知地震相关的振动信号，这就使得各种噪声对地震波监测的干扰更加严重。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法及系统，使地震探测灵敏度不再受到探测信号功率衰落的影响，沿长距离光纤各位置处的地震监测信噪比能够保持同样的较高水平，可以从频率域、波数域、时间域等多个角度观测地震事件，可以更有效的滤除噪声干扰，提高地震监测精度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]第一方面，提出了一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，包括：
[0010]通过光纤向各地震测量点处传送线性调频脉冲光波；
[0011]获取光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形；
[0012]将光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形和不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形进行比对，确定不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量；
[0013]根据不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量，确定不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平；
[0014]从不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平中，提取地震相关的测量数据。
[0015]第二方面，提出了一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测系统，包括：
[0016]线性调频脉冲光波产生模块，用于产生线性调频脉冲光波；
[0017]光纤，用于向各地震测量点处传送线性调频脉冲光波，并回传地震监测单元产生的后向瑞利散射光波；
[0018]多个地震监测单元布置在多个地震测量点处，能够在传播线性调频脉冲光波时，产生后向瑞利散射光波；
[0019]处理器，用于获取光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形；将光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形和不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形进行比对，确定不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量；根据不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量，确定不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平；从不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平中，提取地震相关的测量数据。
[0020]第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法所述的步骤。
[0021]第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法所述的步骤。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]1、本专利技术通过向各地震测量点处发送线性调频脉冲光波，会在在后向瑞利散射光波波形中引入光波波长到时间的映射，进而能够通过波形的时间偏移量，来确定不同测量时间各测量点的光纤应力水平，可以从根本上避免基于相位解调的DAS系统在测量地震时存在的信号衰落情况，使地震探测灵敏度不再受到探测信号功率衰落的影响，沿长距离光纤各位置处的地震监测信噪比能够保持同样的较高水平，并且系统复杂度和硬件成本更低。
[0024]2、本专利技术在获取到各时间各测量点的光纤应力水平后，可以对所有光纤应力水平进行统计分析，可以从时间域、空间域和波数域等多个角度来观测地震事件，对各测量点的光纤应力水平进行滤波，能够有效的滤除噪声干扰，从而提高地震监测精度。
[0025]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0027]图1为实施例1公开方法所采用的装置结构图。
[0028]其中：1、环形器第一端口，2、环形器第二端口，3、环形器第三端口，4、耦合器第一端口，5、耦合器第二端口，6、耦合器第三端口。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]实施例1
[0032]光纤分布式传感技术基于光波在光纤中传输时产生的布里渊散射、拉曼散射、或者瑞利散射等散射过程进行。每一种散射过程都具有独特的分布式传感特征。传统上，光纤分布式传感技术主要用于监测准静态物理量，或者说慢变信号，比如环境温度。近十年，光纤分布式传感技术开始应用于监测动态应变和环境振动物理量。
[0033]在现有的光纤分布式传感技术中，基于瑞利散射的光时域反射技术(OTDR)和者光频域反射技术(OFDR)均可以用于光纤分布式声音传感(Distributed Acoustic Sensing,DAS)，实现光纤沿线kHz范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，其特征在于，包括：通过光纤向各地震测量点处传送线性调频脉冲光波；获取光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形；将光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形和不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形进行比对，确定不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量；根据不同测量时间每个测量点处波形的时间偏移量，确定不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平；从不同测量时间每个测量点处的光纤应力水平中，提取地震相关的测量数据。2.如权利要求1所述的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，其特征在于，在不存在地震引起的环境振动时，通过光纤向各地震测量点处传送线性调频脉冲光波；获取不存在地震引起的环境振动时，光纤回传的多个后向瑞利散射光波；对不存在地震引起的环境振动时，光纤回传的多个后向瑞利散射光波取平均，获得不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形。3.如权利要求1所述的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，其特征在于，通过移窗法，对光纤回传的后向瑞利散射光波功率波形与不存在地震引起的环境振动时光纤回传的参考后向瑞利散射光波功率波形在时间轴上进行窗口划分，将每个时间窗口中的两个波形进行比对，确定每个测量时间每个测量点处波形的时间偏移量。4.如权利要求3所述的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，其特征在于，将同一时间窗口中的两个波形在不同地震测量点处进行比对，确定同一测量时间不同测量点处波形的时间偏移量。5.如权利要求1所述的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，其特征在于，通过所有时间所有测量点处的光纤应力水平，构建包含时间维度和空间维度的二维矩阵；从二维矩阵数据中，提取地震相关的测量数据。。6.如权利要求5所述的一种脉冲调制光纤分布式声音传感地震监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于淼，何禹潼，党随虎，崔洪亮，常天英，刘黎明，易子川，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：