【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤加速度传感器阵列，尤其涉及一种φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法和装置。
技术介绍
1、φ-otdr（相位敏感光时域反射仪）是一种基于光纤光栅传感器的高精度测量技术，广泛应用于结构健康监测、石油勘探、工业自动化、航空航天等领域。该技术通过检测光纤中散射光的相位变化，实现对沿光纤分布的外界扰动的高精度感知。φ-otdr技术凭借其高灵敏度和高空间分辨率，在多个领域得到了广泛应用。在结构健康监测中用于监测桥梁、大坝、建筑物等结构的健康状态，检测微小的应变和变形，预防潜在的结构损伤和故障。石油勘探中用于监测油井和管道的温度和压力变化，提供实时数据支持，确保石油开采的安全和效率。
2、尽管φ-otdr技术在多个领域表现出色，但在实际应用中仍然面临一些技术瓶颈，主要集中在以下几个方面：
3、相位卷绕问题：在相位解调过程中涉及到反正切函数，由于相位变化幅值较大，容易超出[-π，π]范围，导致相位卷绕（phase wrapping）问题。相位卷绕会造成测量结果的不连续性和误差，影响系统的测量精度和动态范围。
4、动态范围受限：传统unwrap算法在处理大幅度或宽频信号的相位时，动态范围有限，大信号将导致传感器失效。
5、非线性问题：在不增加光栅数量的情况下直接进行空间分割，将传感器两光栅之间的分段解调求相位再累加的做法，存在相位变化的非线性问题。由于光纤和光栅对同等应变的相位响应不同，导致均匀分段的相位变化不均匀，影响解调精度。
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法和装置，用以解决现有技术中φ-otdr光纤加速度传感器存在相位卷绕问题、非线性问题以及测量动态范围受限的技术问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术提供一种φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，包括：
3、根据待测相位变化范围和解调系统的分辨率，确定光纤加速度传感器的光栅数量；
4、获取各个光栅的反射信号，并采用预设相位解调算法对每相邻两个光栅的反射信号进行解调，得到每相邻两个光栅的相位变化；
5、根据每相邻两个光栅的相位变化和所述光栅数量，确定多个光栅之间的总相位变化；根据总相位变化确定实际相位变化。
6、在一种可能的实现方式中，所述根据待测相位变化范围，确定光纤加速度传感器的光栅数量，包括：
7、根据待测相位变化范围和单个光栅的相位承受能力，确定光纤加速度传感器阵列中等间隔分布的光栅数量。
8、在一种可能的实现方式中，在确定等间隔分布的光栅数量之后，还包括：
9、获取光纤加速度传感器阵列的最大相位变化；
10、基于等间隔分布的光栅，根据最大相位变化，确定每相邻两个光栅之间的相位变化；
11、根据每相邻两个光栅之间的相位变化与预设相位变化区间的关系，判断光栅数量是否合理。
12、在一种可能的实现方式中，所述根据每相邻两个光栅之间的相位变化与预设相位变化区间的关系，判断光栅数量是否合理，包括：
13、若每相邻两个光栅之间的相位变化位于预设相位变化区间内，则说明光栅数量布置合理；
14、若每相邻两个光栅之间的相位变化不位于预设相位变化区间内，则说明光栅数量布置不合理。
15、在一种可能的实现方式中，所述获取各个光栅的反射信号，包括：
16、获取φ-otdr系统的激光脉冲发射装置通过光纤发送的激光脉冲；
17、获取激光脉冲与光纤光栅发生相互作用产生的反射信号。
18、在一种可能的实现方式中，所述每相邻两个光栅的相位变化，可通过如下公式表示：
19、
20、其中，为相邻两个光栅的相位变化，为光在真空中的波长， n为光纤纤芯的折射率， l为光纤长度， i为相邻光栅的组数， n为光栅的数量。
21、在一种可能的实现方式中，所述根据每相邻两个光栅的相位变化和所述光栅数量，确定多个光栅之间的总相位变化，包括：
22、将每相邻两个光栅的相位变化的值进行累加求和，得到多个光栅之间的总相位变化。
23、第二方面，本专利技术还提供一种φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调装置，包括：
24、光栅数量及距离确定模块，用于根据待测相位变化范围和解调系统的分辨率，确定光纤加速度传感器的光栅数量；
25、相位变化确定模块，用于获取各个光栅的反射信号，并采用预设相位解调算法对每相邻两个光栅的反射信号进行解调，得到每相邻两个光栅的相位变化；
26、实际相位确定模块，用于根据每相邻两个光栅的相位变化和所述光栅数量，确定多个光栅之间的总相位变化；根据总相位变化确定实际相位变化。
27、第三方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器；
28、所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
29、所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法中的步骤。
30、第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法中的步骤。
31、本专利技术的有益效果是：首先根据待测相位变化范围和解调系统的分辨率，确定光纤加速度传感器的光栅数量；通过均匀分布多个光栅，确保了光线通过光栅时，总的相位变化能够被均分到各个光栅上，从而能够通过调整光栅的数量确保每个光栅的相位变化在预设范围内，有效避免相位卷绕问题。进一步的，获取各个光栅的反射信号，并采用预设相位解调算法对每相邻两个光栅的反射信号进行解调，得到每相邻两个光栅的相位变化；随后根据每相邻两个光栅的相位变化，确定多个光栅之间的总相位变化；根据总相位变化确定实际相位变化。从而通过解调的方式扩大了受到卷绕限制的相位变化峰峰值的大小，提高了系统的动态范围。
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1.一种φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述根据待测相位变化范围，确定光纤加速度传感器的光栅数量，包括：
3.根据权利要求2所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，在确定等间隔分布的光栅数量之后，还包括：
4.根据权利要求3所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述根据每相邻两个光栅之间的相位变化与预设相位变化区间的关系，判断光栅数量是否合理，包括：
5.根据权利要求1所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述获取各个光栅的反射信号，包括：
6.根据权利要求1所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述每相邻两个光栅的相位变化，可通过如下公式表示：
7.根据权利要求1所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述根据每相邻两个光栅的相位变化和所述光栅数量，确定多个光栅之间的总
8.一种φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-7任一项所述的φ-OTDR光纤加速度传感器阵列相位解调方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述根据待测相位变化范围，确定光纤加速度传感器的光栅数量，包括：
3.根据权利要求2所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，在确定等间隔分布的光栅数量之后，还包括：
4.根据权利要求3所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述根据每相邻两个光栅之间的相位变化与预设相位变化区间的关系，判断光栅数量是否合理，包括：
5.根据权利要求1所述的φ-otdr光纤加速度传感器阵列相位解调方法，其特征在于，所述获取各个光栅的反射信号，包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐健冠，王浩志，黄文海，杨明红，程乘，甘维兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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