多点扰动定位方法技术

本发明专利技术公开了一种多点扰动定位方法，涉及光纤分布式扰动传感器技术领域。该方法包括步骤：S1.对探测器接收到的信号进行预处理，提取所述信号的相位信息；S2.对步骤S1得到的相位信息进行频域幅值谱分析以及相位谱分析，提取各频率成分下的幅值和相位信息，还原扰动信号的位置。本发明专利技术的方法成本低，且实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤分布式扰动传感器
，尤其涉及一种。
技术介绍
光纤传感器由于其高灵敏度、体积小、重量轻、本质安全、电绝缘性、抗电磁干扰、 相对成本低、多功能性、可靠性高、硬件匹配光纤通信接口、易于组网、特别是可以实现分布式测量等优良特性，在工业、民用和军事领域具有广泛的应用。其中，光纤分布式扰动传感器在周界安防、油气管线监测、大型结构监测和通信线路监测等领域具有重要意义。光纤分布式扰动传感器可以对传感光纤上任意一点处的扰动(时变信号)进行监测，得到扰动信号的时域波形，根据扰动事件性质进行判断，给出报警信息，同时给出扰动事件发生的空间位置信息。目前，根据不同的工作原理，光纤分布式传感器可以分为干涉仪型、光纤光栅型、 光时域反射计型，光频域反射计型以及强度调制型等传感技术。光纤光栅型分布式传感器采用光纤光栅作为敏感元件，在一定长度的间隔之间铺设光纤光栅，通过复用技术实现准分布式传感，因此，光纤光栅型分布式扰动传感器的空间分辨率具有不连续性，且受到光纤光栅空间分布间隔的限制。同时，光纤光栅的集成基于波长复用，在一根光纤上可以复用的光纤光栅数量受到波长区间的限制，其测量长度的增加需要以增大光纤光栅间隔即降低空间分辨率为代价。除了空间分辨率和测量长度间的矛盾夕卜，光纤光栅型分布式传感器的成本也限制了其作为分布式扰动传感器在大范围环境中的应用。光时域反射计型分布式传感器可以用来检测外界环境中温度或压力的变化，但其响应时间较长，对于外界扰动的实时定位比较困难，不能应用于对时变信号的分布式传感， 因此限制了其作为分布式扰动传感器的应用。光频域反射计型分布式传感器，基于非线性光学效应、布里渊或拉曼散射，可以对外界的温度和压力进行传感，但其传感信号相对微弱，使得信号的检测和解调相对困难，同时其器件成本也相对较高，限制了其在长距离扰动传感中的应用。强度调制型传感器基于单模光纤和多模光纤中的模式耦合机理，可以实现对扰动的分布式传感，但其灵敏度和精度较低，为了能够在实际中应用还需进一步解决增敏和提高精度的问题。综上，在光纤分布式传感器中，干涉仪型分布式传感器具有实现原理简单、灵敏度高、响应速度快、硬件成本低、适于长距离传感等优良特性，已经成为光纤分布式扰动传感器的主要技术方案。目前，干涉仪型分布式光纤扰动传感器的理论方案主要包括萨格奈克+马赫-泽德型、萨格奈克+迈克尔逊型、双萨格奈克型、双马赫-泽德型、单萨格奈克型等。将萨格奈克干涉仪和马赫-泽德干涉仪或迈克尔逊干涉仪结合，可以实现对单点扰动位置信息的提取，实现分布式扰动传感。但该类光纤分布式传感器的缺点在于在萨格奈克干涉仪中为了抑制干涉噪声，需要采用宽谱光源；但是在马赫-泽德或迈克尔逊干涉仪中，由于两个干涉臂光程差的存在，只能使用窄带光源，因此光源选择上的矛盾限制了其性能的提高以及实用化。为了在时域中实现萨格奈克干涉仪对时变扰动的定位，也可以通过两个萨格奈克干涉仪、或同时具有两个工作波长的一个萨格奈克干涉仪、或同时工作在两个调制频率的一个萨格奈克干涉仪。但是在此类方案中，需要采用两个光源、探测器、且需要波分复用器和不同频率的调制器等器件，增加了系统的硬件成本和结构的复杂性，降低了传感器的实用性。其中，基于双波长萨格奈克干涉仪型的光纤分布式扰动传感器可以实现多点同时扰动定位，但由于器件的不理想等因素，使得多点扰动的定位精度和应用范围受到了很大的限制。双马赫-泽德型光纤分布式传感器光路结构简单，硬件成本低，但信号衰落和偏振衰落都较大，且激光器的频率噪声会通过干涉仪臂长差转化为相位噪声从而产生强度噪声，同时，所用到的光源要求有较高的相干性，成本较高。在多位置(多点)同时扰动的情况下，无法给出扰动位置的准确定位，降低了传感器的实用性能。相比之下，单萨格奈克型光纤分布式传感器体现了很大的优势。由于萨格奈克干涉仪为零光程差，因此不存在两传感臂长度不一致引起的噪声，不存在信号衰落，且偏振衰落很小。它对光源相干性要求低，且由于光路结构的互易性，可以避开长距离应用中的散射引起的扰动定位误差甚至定位失效的问题。通过使用高功率的宽带光源，该传感器可以适用于长距离监测扰动。通过对单萨格奈克型光纤分布式扰动传感器接收到的扰动信号进行相应的预处理、三角运算和频谱分析等，可以实现对多点同时扰动的定位。但是，现有的单萨格奈克型光纤分布式扰动传感器的定位方法无法实现多点同时扰动定位的功能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低，且实用性强的。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种，该方法包括步骤Si.对探测器接收到的信号进行预处理，提取所述信号的相位信息；S2.对步骤Sl得到的相位信息进行频域幅值谱分析以及相位谱分析，提取各频率成分下的幅值和相位信息，还原扰动信号的位置。优选地，步骤Sl中的预处理进一步包括步骤Si. 1滤除所述信号的直流项；Si. 2通过抗偏振衰落方法以及光功率稳定控制方法消除所述信号的可见度变化；Si. 3通过求取峰峰值的方法求取步骤Si. 2处理后的两个干涉信号的光强信息；Si. 4从所述光强信息中提取相位信息。优选地，步骤Sl中的预处理进一步包括步骤Si. 1滤除所述信号的直流项；Si. 2通过分段求取峰峰值的方法求取所述信号的光强信息；Si. 3从所述光强信息中提取相位信息。优选地，在步骤Si. 1之后、Si. 2之前还包括步骤Si. 11对步骤Si. 1处理后的信号进行放大以及滤波处理。优选地，在步骤Si. 3中，提取相位信息的方法为三角函数相位提取方法或相位产生载波调制。优选地，提取到的相位信息为···权利要求1.一种，其特征在于，该方法包括步骤s1.对探测器接收到的信号进行预处理，提取所述信号的相位信息；s2.对步骤Sl得到的相位信息进行频域幅值谱分析以及相位谱分析，提取各频率成分下的幅值和相位信息，还原扰动信号的位置。2.如权利要求1所述的，其特征在于，步骤Sl中的预处理进一步包括步骤S1. 1滤除所述信号的直流项；S1. 2通过抗偏振衰落方法以及光功率稳定控制方法消除所述信号的可见度变化；S1. 3通过求取峰峰值的方法求取步骤Si. 2处理后的两个干涉信号的光强信息；S1. 4从所述光强信息中提取相位信息。3.如权利要求1所述的，其特征在于，步骤Sl中的预处理进一步包括步骤S1. 1滤除所述信号的直流项；S1. 2通过分段求取峰峰值的方法求取所述信号的光强信息；S1. 3从所述光强信息中提取相位信息。4.如权利要求3所述的，其特征在于，在步骤Si.1之后、Si. 2之前还包括步骤S1. 11对步骤Si. 1处理后的信号进行放大以及滤波处理。5.如权利要求3所述的，其特征在于，在步骤Si.3中，提取相位信息的方法为三角函数相位提取方法或相位产生载波调制。6.如权利要求5所述的，其特征在于，提取到的相位信息为7.如权利要求1所述的，其特征在于，在步骤S2中，提取各频率成分下的幅值和相位信息后，联立不相关的方程组成的方程组，并求解所述方程组，得到扰动信号的位置。8.如权利要求1-7任一项所述的，其特征在于，该方法基于单萨格奈克型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。全文摘要本专利技术公开了一种，涉及光纤分布式扰动传感器
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许文渊，尚静，李勤，李立京，杨德伟，李彦，张春熹，钟翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：