一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法技术

本发明专利技术提出一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，涉及光纤通信技术领域。本发明专利技术的技术要点包括：本发明专利技术在不增加BOTDA系统硬件设施的情况下，考虑到布里渊增益谱分布具有很大的信息冗余度，利用时域中的布里渊信息重构出一种更锐化清晰的布里渊增益谱分布，然后利用频率域信息对重构的布里渊增益谱分布进行自平均去噪声，从而提高信噪比；然后通过对分布式的布里渊增益谱进行曲线拟合，获得每个布里渊增益谱的中心频率，即分布式的布里渊频移，进而根据布里渊频移计算获取应变量。本发明专利技术增强了BOTDA的空间分辨率，有效降低了布里渊频移的拟合误差，进而提高了光纤应变量的测量准确率。量准确率。量准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，具体涉及一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法。

技术介绍

[0002]分布式光纤应变传感的原理是：向光纤两端输入两束光，并将光纤中返回的散射信号解算成应变和温度变化。当泵浦光和探测光两束光在光纤中相遇，且当频率差在布里渊频谱内，会产生布里渊散射效应，探测光强被泵浦光所改变。若对探测光进行扫频，则可测得光纤中每一个位置点的布里渊增益谱特性。从布里渊增益谱可以提取布里渊频移，由于布里渊频移与光纤所受应力、温度在一定范围内呈线性关系，故通过测量布里渊增益谱，可以推算出光纤每一个位置点处的应变、温度分布。
[0003]传统BOTDA(Brillouin optical time domain analysis)是基于“泵浦
‑
探测”结构，泵浦脉冲光和连续探测光相对注入待测光纤，测量所得布里渊信号是泵浦脉冲光各部分子脉冲所对应子布里渊信号共同作用的结果，定位不确定度在一个脉宽范围，即系统的空间分辨率对应于泵浦脉冲光的脉宽。通常降低脉宽可以提高空间分辨率，但是，由于声子寿命的限制，脉宽小于10ns后，声波场未完全建立，布里渊信号的信噪比迅速恶化，同时，布里渊谱型严重展宽，扫频范围增大。
[0004]现有技术中无论是特殊脉冲方案还是算法解调方案虽然能够有效提高空间分辨率，但是这些均没有充分利用到分布式布里渊增益谱的时间域和频率域信息，而且仍有诸多限制，尤其还存在算法解调后布里渊信号的信噪比急剧下降的问题。
>
技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提出一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。
[0006]一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、利用BOTDA系统测量待测光纤的布里渊增益谱；所述待测光纤包括多个接续点；
[0008]步骤二、对所述布里渊增益谱进行解调和去噪；
[0009]步骤三、对解调和去噪后的布里渊增益谱进行曲线拟合，获得每个布里渊增益谱的中心频率，即分布式的布里渊频移；
[0010]步骤四、根据布里渊频移计算获取应变量。
[0011]进一步地，步骤一的具体过程包括：
[0012]窄线宽光纤激光器作为光源，经过光纤耦合器分为两路；上支路光束经过EOM1进行强度调制产生脉冲光，EOM1驱动信号来自AWG；随后，脉冲光经过EDFA1光功率放大后作为泵浦光；下支路光束经过EOM2进行载波抑制的一阶双边带调制，作为探测光；EOM2驱动信号来自微波源输出的正弦微波信号，泵浦脉冲光和双频探测光分别经过光纤环形器和光纤隔
离器后，以相对方向注入待测光纤；双频探测光先后通过光学环形器和可调谐光纤布拉格光栅滤波器，选取
‑
1阶边带作为布里渊信号；PD用于探测布里渊信号，采用AC输出模式；示波器用来采集数据；两束光的偏振态和光学实验仪器都对齐到慢轴。
[0013]进一步地，步骤二的具体过程包括：
[0014]步骤二一、提取布里渊增益谱的上升沿并求导获得非线性权重系数矩阵；
[0015]步骤二二、重构布里渊增益谱分布；
[0016]步骤二三、对重构的布里渊增益谱进行自平均去噪。
[0017]进一步地，步骤二一中所述非线性权重系数矩阵表示为：
[0018][0019]式中，a1、a2、
……
、a
M
为子脉冲的布里渊增益即权重系数。
[0020]进一步地，步骤二二的具体过程包括：根据非线性权重系数矩阵A
(R+M
‑
1)
×
R
，按照下述公式计算获得对应的布里渊响应的归一化波形，即重构的布里渊增益谱分布：
[0021][0022]式中，Y
R
×
N
表示布里渊响应的归一化波形，即重构的布里渊增益谱分布；表示整个待测光纤的布里渊增益谱分布。
[0023]进一步地，步骤二三的具体步骤包括：
[0024]选取不同频率的多条布里渊信号的上升沿，通过求导分别获得多个非线性权重系数矩阵，并分别计算出多个重构布里渊增益谱分布，对多个重构布里渊增益谱分布进行平均去噪声。
[0025]进一步地，步骤三中所述曲线拟合包括洛伦兹拟合方法。
[0026]进一步地，步骤四的具体过程包括：
[0027]对待测光纤的每段光纤应变量的计算公式如下：
[0028][0029]式中，Δε
i
表示应变量；BFS
i
表示第i个采样点的布里渊频移值；BFS
REF
表示每段光纤的参考布里渊频移值；表示布里渊频移的应变系数。
[0030]本专利技术的有益技术效果是：
[0031]本专利技术在不增加BOTDA系统硬件设施的情况下，考虑到布里渊增益谱分布具有很大的信息冗余度，利用时域中的布里渊信息重构出一种更锐化清晰的布里渊增益谱分布，然后，利用频率域信息对重构的布里渊增益谱分布进行自平均去噪声，从而提高信噪比；然
后，通过对分布式的布里渊增益谱进行曲线拟合，即可获得每个布里渊增益谱的中心频率，即分布式的布里渊频移，进而根据布里渊频移计算获取应变值。本专利技术增强了BOTDA的空间分辨率，有效降低了布里渊频移的拟合误差，进而提高了光纤应变量的测量准确率。
附图说明
[0032]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：
[0033]图1是本专利技术实施例一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法的流程图；
[0034]图2是本专利技术实施例中BOTDA系统测量布里渊增益谱分布示意图；
[0035]图3是本专利技术实施例中测量所得布里渊增益谱分布的示意图；
[0036]图4是本专利技术实施例中差分之后的布里渊增益谱分布示意图；
[0037]图5是本专利技术实施例中最终获得的布里渊增益谱分布示意图；
[0038]图6是本专利技术实施例中曲线拟合后获得的布里渊频移分布示意图。
具体实施方式
[0039]下面将参考若干示例性实施方式来描述本专利技术的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本专利技术，而并非以任何方式限制本专利技术的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0040]本领域技术人员知道，本专利技术的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。在本文中，需要理解的是，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用BOTDA系统测量待测光纤的布里渊增益谱；所述待测光纤包括多个接续点；步骤二、对所述布里渊增益谱进行解调和去噪；步骤三、对解调和去噪后的布里渊增益谱进行曲线拟合，获得每个布里渊增益谱的中心频率，即分布式的布里渊频移；步骤四、根据布里渊频移计算获取应变量。2.根据权利要求1所述的一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，其特征在于，步骤一的具体过程包括：窄线宽光纤激光器作为光源，经过光纤耦合器分为两路；上支路光束经过EOM1进行强度调制产生脉冲光，EOM1驱动信号来自AWG；随后，脉冲光经过EDFA1光功率放大后作为泵浦光；下支路光束经过EOM2进行载波抑制的一阶双边带调制，作为探测光；EOM2驱动信号来自微波源输出的正弦微波信号，泵浦脉冲光和双频探测光分别经过光纤环形器和光纤隔离器后，以相对方向注入待测光纤；双频探测光先后通过光学环形器和可调谐光纤布拉格光栅滤波器，选取
‑
1阶边带作为布里渊信号；PD用于探测布里渊信号，采用AC输出模式；示波器用来采集数据；两束光的偏振态和光学实验仪器都对齐到慢轴。3.根据权利要求1或2所述的一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，其特征在于，步骤二的具体过程包括：步骤二一、提取布里渊增益谱的上升沿并求导获得非线性权重系数矩阵；步骤二二、重构布里渊增益谱分布；步骤二三、对重构的布里渊增益谱进行自平均去噪。4.根据权利要求3所述的一种高空间分辨率布里渊应变传感测量方法，其特征在于，步骤二一中所述非线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏猛，魏少眸，杨纪刚，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：