基于相干光时域反射的振动检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于相干光时域反射的振动检测方法，属于振动检测领域。所述方法包括：提供N路波长各不相同的脉冲激光，每一路脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔大于等于T，不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，其中，T=2Ln/C，L为测量光纤的长度，C为真空光速，n为测量光纤纤芯折射率，N≥2；对N路脉冲激光进行复用；将复用后的脉冲激光输入测量光纤；对输出的后向瑞利散射光进行分离；对分离出瑞利散射光进行光电转换，得到电信号；采用电信号对振动进行定位。避免了现有技术只允许测量光纤中同时存在一个脉冲激光，导致信号采样频率低的问题，提高了振动信号采样频率，使得采样得到的振动信号更加完整。
【专利说明】基于相干光时域反射的振动检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及振动检测领域，特别涉及一种基于相干光时域反射的振动检测方法。
【背景技术】
[0002]COTDR (Coherent Optical Time-Domain Reflectometry,相干光时域反射)又被称为基于相干瑞利散射的光时域反射技术，该技术可以利用超窄线宽激光脉冲在测量光纤中发生的后向瑞利散射，检测测量光纤沿线出现的振动。
[0003]目前，实现该技术的主要过程是:首先，产生一个脉冲激光；然后，将产生的脉冲激光通过环行器的一个端口输入测量光纤，使激光脉冲在测量光纤中传输，从而产生后向瑞利散射光，该后向瑞利散射光通过环行器的另一端口输出；最后，根据环行器输出的后向瑞利散射光确定测量光纤沿线是否存在振动。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]为了避免测量光纤中激光脉冲之间的相互干扰，需要保证测量光纤中始终只有一个激光脉冲存在，这导致采样频率低(即在一定时间内产生后向瑞利散射光的个数少)，因此根据采样定理，可能无法完整的采集到振动信号，导致振动检测的结果不够准确。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术只允许测量光纤中只存在一个激光脉冲，导致信号采样频率低，能够检测到振动信号的频率低的问题，本发明实施例提供了一种基于COTDR的振动检测方法。所述技术方案如下:
[0007]本发明实施例还提供了一种基于相干光时域反射的振动检测方法，所述方法包括:
[0008]提供N路波长各不相同的脉冲激光，每一路所述脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔均大于等于T，且任意不属于同一路所述脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，其中，N > 2，T=2Ln/C, L为所述测量光纤的长度，C为真空光速，η为所述测量光纤纤芯折射率；
[0009]对N路所述脉冲激光进行复用；
[0010]将复用后的所述脉冲激光输入测量光纤，并输出复用后的所述脉冲激光在所述测量光纤中传输产生的后向瑞利散射光；
[0011 ] 对所述后向瑞利散射光进行分离，产生N个波长各不相同的瑞利散射光；
[0012]对分离出的所述N个波长各不相同的瑞利散射光进行光电转换，得到N个电信号;
[0013]采用所述电信号对振动进行定位。
[0014]在本发明实施例的一种实现方式中，每一路所述脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔均等于Τ，且不属于同一路所述脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔为Τ/Ν。
[0015]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述提供N路波长各不相同的脉冲激光，包括:
[0016]采用多波长激光器产生N路波长各不相同的连续激光；
[0017]对所述N路波长各不相同的连续激光进行分离；
[0018]将分离后的所述N路波长各不相同的连续激光转换为N路波长各不相同的所述脉冲激光。
[0019]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述将分离后的所述N路波长各不相同的连续激光转换为N路波长各不相同的所述脉冲激光，包括:
[0020]采用时序信号控制N个声光调制器，从而将N路所述连续激光转换为N路所述脉冲激光，所述N个声光调制器与所述N路所述连续激光一一对应设置。
[0021]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述提供N路波长各不相同的脉冲激光，包括:
[0022]采用N个激光器产生N路波长各不相同的连续激光；
[0023]将所述N路波长各不相同的连续激光转换为N路波长各不相同的脉冲激光。
[0024]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述提供N路波长各不相同的脉冲激光，包括:
[0025]采用N个脉冲激光器产生N路波长各不相同的所述脉冲激光。
[0026]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述采用所述电信号对振动进行定位，包括:
[0027]对所述N个电信号的电压进行平均，得到平均电信号；
[0028]检测所述平均电信号中是否存在信号突变；
[0029]当所述平均电信号中存在信号突变时，确定所述测量光纤周围存在振动，并对所述振动进行定位。
[0030]在本发明实施例的另一种实现方式中，在所述将复用后的脉冲激光输入测量光纤之前，所述方法还包括:
[0031]对所述脉冲激光进行能量放大。
[0032]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0033]通过产生N路波长各不相同的脉冲激光，每一路脉冲激光中连续两个脉冲的时间间隔大于等于T，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，由于N彡2，T=2Ln/C, L为测量光纤的长度，C为真空光速，η为测量光纤纤芯折射率，因此可以保证测量光纤中在任意时间段T内至少2个不同波长的脉冲传输，由于不同波长的脉冲同时在测量光纤中传输，不会产生干扰等现象，因此避免了现有技术只允许测量光纤中在任意时间段T内只存在一个脉冲激光，导致信号采样频率低的问题，提高了振动信号采样频率，使得采样得到的振动信号更加完整。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本发明实施例一提供的基于COTDR的振动检测方法流程图；
[0036]图2是本发明实施例二提供的基于COTDR的振动检测方法流程图；
[0037]图3是本发明实施例二提供的测量光纤中脉冲激光时序图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0039]实施例一
[0040]本发明实施例提供了一种基于COTDR的振动检测方法，参见图1，该方法包括:
[0041]步骤101:提供N路波长各不相同的脉冲激光，且每一路脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔大于等于T，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，其中，T=2Ln/C，L为测量光纤的长度，C为真空光速，η为测量光纤纤芯折射率，N彡2。
[0042]步骤102:对N路脉冲激光进行复用。
[0043]步骤103:将复用后的脉冲激光输入测量光纤，并输出复用后的脉冲激光在测量光纤中传输产生的后向瑞利散射光。
[0044]步骤104:对后向瑞利散射光进行分离，产生N个波长各不相同的瑞利散射光。
[0045]步骤105:对分离出的N个波长各不相同的瑞利散射光进行光电转换，得到N个电信号。
[0046]步骤106:采用电信号对振动进行定位。
[0047]本发明实施例通过产生N路波长各不相同的脉冲激光，每一路脉冲激光中连续两个脉冲的时间间隔大于等于Τ，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于Τ，由于N彡2，T=2Ln/C，L为测量光纤的长度，C为真空光速，η为测量光纤纤芯折射率，因此可以保证测量光纤中在任意时间段T内至少2个不同波长的脉冲传输，由于不同波长的脉冲同时在测量光纤中传输，不会产生干扰等现象，因此避免了现有技术只允许测量光纤中在任意时间段T内只存在一个脉冲激光，导致信号采样频率低的问题，提高了振动信号采样频率，使得采样得到的振动信号更加完整。
[0048]实施例二
[0049]本发明实施例提供了一种基于COTDR的振动检测方法，参见图2，该方法包括:
[0050]步骤201:提供N路波长各不相同的脉冲激光，且每一路脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔大于等于Τ，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于Τ，其中，T=2Ln/C，L为测量光纤的长度，C为真空光速，η为测量光纤纤芯折射率，N彡2。
[0051]具体地，在本发明实施例的一种实现方式中，步骤201可以采用以下方式实现:
[0052]步骤一、采用多波长激光器产生N路波长各不相同的连续激光。
[0053]步骤二、对该N路波长各不相同的连续激光进行分离。
[0054]步骤三、将分离后的N路波长各不相同的连续激光通过声光调制器等器件转换为N路波长各不相同的脉冲激光。
[0055]具体地，可以采用以下方式实现步骤三:采用时序信号控制N个声光调制器，从而将N路连续激光转换为N路脉冲激光，N个声光调制器与N路所述连续激光——对应设置。
[0056]在本发明实施例的另一种实现方式中，在本发明实施例的一种实现方式中，步骤201还可以采用以下方式实现:
[0057]步骤一、采用N个激光器产生N路波长各不相同的连续激光。
[0058]步骤二、将N路波长各不相同的连续激光通过声光调制器等器件转换为N路波长各不相同的脉冲激光。
[0059]在本发明实施例的另一种实现方式中，在本发明实施例的一种实现方式中，步骤201还可以采用以下方式实现:
[0060]采用N个脉冲激光器产生N路波长各不相同的脉冲激光。
[0061]进一步地，在上述三种实现方式中，为了保证每一路脉冲激光中连续两个脉冲的时间间隔大于等于T，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，需要采用时序信号来控制声光调制器或脉冲激光器。
[0062]优选地，在本发明实施例的一种实现方式中，每一路脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔均等于T，且不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔为T/N。此时，信号采样频率为N/T。
[0063]例如，每一路脉冲激光中的连续两个脉冲的时间间隔均等于T，且不同路脉冲激光中的连续两个脉冲之间的时间间隔为T/3，从而使得复用后的脉冲激光中的脉冲之间的空间间隔和时间间隔更平均。参见图3，在tl时刻测量光纤中的脉冲激光中脉冲依次为λ Pλ 2、λ3,在t2时刻测量光纤中的脉冲激光中脉冲依次为λ2、λ 3、X1，在t3时刻测量光纤中的脉冲激光中脉冲依次为λ3、λ ^ λ 2，在t4时刻测量光纤中的脉冲激光中脉冲依次为入1、入2、入3。
[0064]在本发明实施例中，每一路脉冲激光中的两个连续的脉冲的时间间隔均大于等于T，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，这样既保证了测量光纤中每种波长的脉冲只会同时存在一个，又保证了测量光纤中同时存在至少两个波长各不相同的脉冲，使得其采样频率> 2/T，从而与现有技术相比，提高了采样频率。
[0065]进一步地，上述不同路脉冲可能存在脉冲重叠的情况，上述不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲不包括该脉冲重叠的情况。
[0066]步骤202:对N路脉冲激光进行复用。
[0067]步骤203:对复用后的脉冲激光进行能量放大。
[0068]在具体实现时，可采用掺铒光纤放大器进行上述能量放大。
[0069]步骤204:将复用后的脉冲激光输入测量光纤，并输出复用后的脉冲激光在测量光纤中传输产生的后向瑞利散射光。
[0070]步骤205:对后向瑞利散射光进行分离，产生N个波长各不相同的瑞利散射光。[0071 ] 步骤206:对分离出的N个波长各不相同的瑞利散射光进行光电转换，得到N个电信号。
[0072]步骤207:采用电信号对振动进行定位。
[0073]具体地，步骤207，包括:
[0074]步骤一、对N个电信号的电压进行平均，得到平均电信号。
[0075]步骤二、检测平均电信号中是否存在信号突变。
[0076]其中，信号突变是指平均电信号的电压值突变，即电压值的相位超过预定范围。
[0077]步骤三、当平均电信号中存在信号突变时，确定测量光纤周围存在振动，并对振动进行定位。
[0078]具体地，对振动进行定位，可以采用如下方式:
[0079]对电信号进行米样，从脉冲产生的时刻开始的时间段T内，米样a个点；
[0080]确定突变信号点所处的位置，例如突变点为第b个，b彡a ;
[0081]根据突变信号点所处的位置，即可确定该振源处于距测量光纤入射端的距离为测量光纤长度b/a的位置。
[0082]例如，采用100个点时，第20个点发生突变，则可确定该振源处于距测量光纤入射端的距离为测量光纤长度1/5的位置。
[0083]其中，步骤201在提供N路波长不同的脉冲激光时，与步骤207采用相同的时钟信号，从而可以更准确地进行振源的定位。
[0084]本发明实施例通过产生N路波长各不相同的脉冲激光，每一路脉冲激光中连续两个脉冲的时间间隔大于等于T，且任意不属于同一路脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，由于N彡2，T=2Ln/C，L为测量光纤的长度，C为真空光速，η为测量光纤纤芯折射率，因此可以保证测量光纤中在任意时间段T内至少2个不同波长的脉冲传输，由于不同波长的脉冲同时在测量光纤中传输，不会产生干扰等现象，因此避免了现有技术只允许测量光纤中在任意时间段T内只存在一个脉冲激光，导致信号采样频率低的问题，提高了振动信号采样频率，使得采样得到的振动信号更加完整。
[0085]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0086]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0087]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于相干光时域反射的振动检测方法，其特征在于，所述方法包括: 提供N路波长各不相同的脉冲激光，每一路所述脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔均大于等于T，且不属于同一路所述脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔小于T，其中，N > 2，T=2Ln/C, L为所述测量光纤的长度，C为真空光速，η为所述测量光纤纤芯折射率； 对Ν路所述脉冲激光进行复用； 将复用后的所述脉冲激光输入测量光纤，并输出复用后的所述脉冲激光在所述测量光纤中传输产生的后向瑞利散射光； 对所述后向瑞利散射光进行分离，产生Ν个波长各不相同的瑞利散射光； 对分离出的所述Ν个波长各不相同的瑞利散射光进行光电转换，得到Ν个电信号； 采用所述电信号对振动进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一路所述脉冲激光中两个连续的脉冲的时间间隔均等于Τ，且不属于同一路所述脉冲激光的两个连续的脉冲之间的时间间隔为Τ/Ν。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供Ν路波长各不相同的脉冲激光，包括: 采用多波长激光器产生Ν路波长各不相同的连续激光； 对所述Ν路波长各不相同的连续激光进行分离； 将分离后的所述Ν路波长各不相同的连续激光转换为Ν路波长各不相同的所述脉冲激光。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将分离后的所述Ν路波长各不相同的连续激光转换为Ν路波长各不相同的所述脉冲激光，包括: 采用时序信号控制Ν个声光调制器，从而将Ν路所述连续激光转换为Ν路所述脉冲激光，所述Ν个声光调制器与所述Ν路所述连续激光一一对应设置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供Ν路波长各不相同的脉冲激光，包括: 采用Ν个激光器产生Ν路波长各不相同的连续激光； 将所述Ν路波长各不相同的连续激光转换为Ν路波长各不相同的脉冲激光。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供Ν路波长各不相同的脉冲激光，包括: 采用Ν个脉冲激光器产生Ν路波长各不相同的脉冲激光。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用所述电信号对振动进行定位，包括: 对所述Ν个电信号的电压进行平均，得到平均电信号； 检测所述平均电信号中是否存在信号突变； 当所述平均电信号中存在信号突变时，确定所述测量光纤周围存在振动，并对所述振动进行定位。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在所述将复用后的脉冲激光输入测量光纤之前，所述方法还包括:
对所述脉冲激光进行能量放大。
【文档编号】G01H9/00GK104422512SQ201310392293
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】张金权, 李香文, 刘素杰, 邸英彬, 杨依光, 刘惟, 禹胜阳, 张欣, 尤文浩, 杨嵩 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气管道局, 中国石油天然气管道通信电力工程总公司