一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法与流程
本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法。
背景技术：
现只能通过干涉型分布式干涉传感器对干涉型分布式干涉传感器上传感光纤的一个扰动点进行监测，得到这个扰动点的扰动信号，基于时域上扰动点扰动信号的相位比值可以确定扰动点的位置信息，但是当传感光纤上具有多个扰动点时，是无法计算得到扰动点的相位比值的，进而不能确定扰动点的位置信息。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法，可以解决现有无法通过干涉型分布式干涉传感器实现确定多个干扰点的位置信息的问题。
本发明实施例提供一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法，该定位方法包括：
基于干涉型分布式光纤振动传感器确定扰动点的扰动信号，并解析扰动信号得到第一相位信号和第二相位信号；
将第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，并基于傅里叶变换结果得到第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值，计算第一峰值与第二峰值的峰值比值；
基于峰值比值，计算扰动点的位置信息。
可选的，第一相位信号、第二信号分别表示为：
其中，
φi(t)表示m个扰动点中的第i个扰动点的扰动信号，i为正整数；
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数。
可选的，计算第一相位信号与第二相位信号的相位比值，包括：
其中，xi表示相位比值；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数。
可选的，将第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，包括：
其中，
φiω表示第i个扰动点的扰动信号φi(t)的傅里叶变换结果，i为正整数；
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数。
可选的，第一峰值、第二峰值分别表示为：
其中，
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数；
ωi、ai分别表示第i个扰动点的扰动信号在频域上的中心频率、振幅。
可选的，计算第一峰值和第二峰值的峰值比值，包括：
其中，
xi表示相位比值；n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数；
ωi、ai分别表示第i个扰动点的扰动信号在频域上的中心频率、振幅。
可选的，基于相位比值与峰值比值，计算扰动点的位置信息，包括：
令峰值比值与相位比值相等：
求解得到扰动点的位置关系：
其中，zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数；
ωi、ai分别表示第i个扰动点的扰动信号在频域上的中心频率、振幅。
进一步的，本发明实施例还提供了一种定位装置，定位装置包括处理器、存储器及通信总线；
通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；
处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个程序，以实现如上描述的基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法的步骤。
进一步的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上的基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法的步骤。
有益效果
本发明实施例提供了一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法，该方法可以基于干涉型分布式光纤振动传感器确定扰动点的扰动信号，解析扰动信号得到第一相位信号和第二相位信号，并计算第一相位信号和第二相位信号的相位比值，并基于第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，进一步基于傅里叶变换结果得到第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值计算第一峰值与第二峰值的峰值比值，最后基于相位比值与峰值比值，计算得到扰动点的位置信息。
当扰动点不止一个时，从时域上是无法计算扰动点扰动信号的相位比值的，而本发明提供的定位方法可以基于傅里叶变换，将扰动信号转换到频域，计算第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值，并基于相位比值与第一峰值与第二峰值的峰值比值，计算得扰动点的位置信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1为本发明实施例提供的一种干涉型分布式光纤振动传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的干涉型分布式光纤振动传感器的信号处理装置实现干扰点定位的方法流程示意图；
图3本发明实施例提供的另一种干涉型分布式光纤振动传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种干涉型分布式光纤振动传感器的信号处理装置实现干扰点定位装置结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法，在介绍该方法之前，先对干涉型分布式光纤振动传感器进行简单的介绍，更为详细的介绍内容可见本说明书后文。
参见图1，图1为本发明实施例提供定位方法实现的基础——干涉型分布式光纤振动传感器的结构示意图，该干涉型分布式光纤振动传感器包括第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪、光源发射装置以及信号处理装置，其中，第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳干涉仪分别与信号处理装置连接。
需要了解的是，第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中包括有传感光纤，当有扰动点作用在传感光纤上时，由于光弹效应则将会引起传输在传感光纤中光波发生相位变化，得到偏振光。
光源发射装置，可以发出互成预设角度振动的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光、第二偏振光将分别入射至第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中，并因第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中的传感光纤受到扰动点的影响而发生相位变化，而发生相位变化的第一偏振光、第二偏振光将传输至信号处理装置。在一些示例下，预设角度为90度，即第一偏振光与第二偏振光是垂直的。
信号处理装置，用于采集发生相位变化的第一偏振光、第二偏振光，并基于发生相位变化的第一偏振光和第二偏振光实现对扰动点的定位。
信号处理装置是如何基于发生相位变化的第一偏振光、第二偏振光，对作用在传感光纤上的扰动点进行定位的，可以通过本发明实施例提供的定位方法(以下步骤)实现，参见图2，本发明实施例提供的定位方法包括：
s201、基于干涉型分布式光纤振动传感器确定扰动点的扰动信号，并解析扰动信号得到第一相位信号和第二相位信号。
s202、将第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，并基于傅里叶变换结果得到第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值，计算第一峰值与第二峰值的峰值比值。
s203、基于峰值比值，计算扰动点的位置信息。
对于步骤s203，具体为基于相位比值与峰值比值之间的关系，计算得到扰动点的位置关系：令峰值比值与相位比值相等，便可求解得到扰动点的位置关系。
本发明实施例提供的定位方法，可以解决现有技术中当扰动点不止一个时，基于时域无法确定扰动点位置信息的问题，本发明实施例提供的定位方法基于傅里叶变换将扰动信号转换到频域，计算扰动点扰动信号的相位比值的，以及计算第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值，并进一步计算峰值比值，从而基于相位比值和峰值比值可计算得到扰动点的位置信息。
下文将继续基于上述实施例提供的定位方法，介绍本发明提供的定位方法的其他示例。
s201、基于干涉型分布式光纤振动传感器确定扰动点的扰动信号，并解析扰动信号得到第一相位信号和第二相位信号。
其中，第一相位信号、第二信号可分别表示为：
计算第一相位信号与第二相位信号的相位比值：
xi表示相位比值；
φi(t)表示m个扰动点中的第i个扰动点的扰动信号，i为正整数；
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数。
s202、将第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，并基于傅里叶变换结果得到第一相位信号、第二相位信号在频域上的第一峰值和第二峰值，计算第一峰值与第二峰值的峰值比值；
其中，将第一相位信号、第二相位信号进行傅里叶变换，包括：
需要了解的是，
φiω表示第i个扰动点的扰动信号φi(t)的傅里叶变换结果，i为正整数；
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数。
需要了解的是，第一峰值、第二峰值分别表示为：
其中，
n表示光纤的有效折射率，c表示光速；
zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数；
ωi、ai分别表示第i个扰动点的扰动信号在频域上的中心频率、振幅。
s203、基于相位比值与峰值比值，计算扰动点的位置信息。
步骤s203可以通过以下方式实现：
令峰值比值与相位比值相等：
求解得到扰动点的位置关系：
其中，zxi、zyi分别表示第i个扰动点与干涉型分布式光纤振动传感器中光纤环路的中点的距离，且zxi+zyi＝d，d为常数；
ωi、ai分别表示第i个扰动点的扰动信号在频域上的中心频率、振幅。
下文将详细介绍本发明提供的定位方法的理论实现依据：
依据3×3耦合器解调原理，利用两个3×3耦合器各自的三路输出信号，经过运算可分别解调出第一相位信号和第二相位信号。当有m个扰动信号fi(t)(i＝1，2，…，m)同时作用在传感光纤上时，令第一相位信号和第二相位信号所在环路相对的位置为zxi、zyi(i＝1，2，…，m)。需要了解的是，存在常数d使zxi与zyi满足固定关系zxi+zyi＝d。
特别的，当i＝1时，第一相位信号
将第一相位信号
假设每个扰动信号fi(t)的中心频率为ωi及其振幅为ai，且每个扰动信号的中心频率不同，则容易得知它们在频域的频谱图上是离散且分开的。此时第一相位信号
因此，时域上每个扰动位置所对应的相位比值
下文将基于图1介绍的干涉型分布式光纤振动传感器，进一步介绍其他的一些干涉型分布式光纤振动传感器的示例，请参见图3，
第一塞格纳克干涉仪包括第一环行器(1)，第一耦合器(2)、第一偏振分束器(3)、第二偏振分束器(4)、第三偏振分束器(5)、第四偏振分束器(6)、第一探测器(7)、第二探测器(8)、第三探测器(9)以及用于连接的光纤和连接第一偏振分束器(3)第一端(31)和第二偏振分束器(4)第一端(41)的传感光纤(20)。
需要了解的是，第一塞格纳克干涉仪与第二塞格纳克干涉仪中的一些器件是公用的，这些公用的仪器包括：第一偏振分束器(3)、第二偏振分束器(4)、第三偏振分束器(5)、第四偏振分束器(6)。
第二塞格纳克干涉仪包括第二环行器(10)、第二耦合器(11)、第四探测器(12)、第五探测器(13)、第六探测器(14)以及第一偏振分束器(3)、第二偏振分束器(4)、第三偏振分束器(5)、第四偏振分束器(6)；
第一塞格纳克干涉仪中各个器件的连接关系分别如下：
第一耦合器(2)的一端分别通过光纤与第一偏振分束器(3)的第二端(32)、第四偏振分束器(6)的第一端(61)连接，第一偏振分束器(3)的第二端(32)通过光纤与第四偏振分束器(6)的第一端(61)连接，第三偏振分束器(5)的第一端(51)、第二端(52)分别通过光纤与第四偏振分束器(6)的第二端(62)、第二偏振分束器(4)的第二端(42)连接；
第一耦合器(2)的另一端分别通过光纤与第一探测器(7)、第二探测器(8)连接，第一耦合器(2)的另一端还通过光纤与第一环行器(1)的第一端(1a)连接，第一环形器(1)的第二端(1b)通过光纤与第三探测器(11)连接，第一探测器(7)、第二探测器(8)、第三探测器(9)分别通过光纤与信号处理装置(15)连接；
第二塞格纳克干涉仪中各个器件的连接关系分别如下：
第二耦合器(11)的一端分别通过光纤与第二偏振分束器(4)的第二端(42)、第四偏振分束器(5)的第二端(52)连接。
第二耦合器(11)的另一端分别通过光纤与第四探测器(12)、第五探测器(13)连接，第二耦合器(11)的另一端还通过光纤与第二环行器(10)的第一端(10a)连接，第二环形器(10)的第二端(10b)通过光纤与第六探测器(14)连接，第四探测器(12)、第五探测器(13)、第六探测器(14)分别通过光纤与信号处理装置(15)连接。
光源发射装置发出的第一偏振光将通过第一环形器(1)的第三端(1c)入射至第一塞格纳克干涉仪，光源发射装置发出的第二偏振光通过第二环形器(10)的第三端(10c)入射至第一塞格纳克干涉仪。需要注意的是，第一偏振光与第二偏振光互成预设角度振动，在本实施例中此处的预设角度为90度，即第一偏振光与第二偏振光相互垂直。
需要了解的是，第一探测器(9)、第二探测器(10)、第三探测器(11)、第四探测器(12)、第五探测器(13)、第六探测器(14)为铟镓砷(ingaas)探测器。
在图3中的光源发射装置包括光源(16)、起偏器(17)以及第三耦合器(18)；
第三耦合器(18)的一端分别通过光纤与第一环形器(1)的第三端(1c)、第二环形器(10)的第三端(10c)连接；
光源(16)发出的光通过起偏器(17)入射至第三耦合器(18)，并通过第三耦合器(18)分光为第一偏振光、第二偏振光。
在一些示例下，光源(16)为工作在c波段的放大自发辐射光源，波长范围为1530nm～1605nm。
信号处理装置，包括光电转换器(151)、信号采集器(152)及信号解调运算器(153)，光电转换器(151)通过信号采集器(152)与信号解调运算器(153)连接。
此处介绍本发明实施例中提供的干涉型分布式光纤振动传感器中的各个器件的功能：
光源发射装置中的光源(16)，使用的是ase宽带光源，工作在c波段，波长范围1530～1605nm。
光源发射装置中的起偏器(17)：获得偏振光的器件。
耦合器，包括第一耦合器(2)、第二耦合器(11)：实现光的分束与合束。
环形器，包括第一环行器(1)、第二环行器(10)：将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件，工作时只能按固定方向输出。
偏振分束器，包括第一偏振分束器(3)、第二偏振分束器(4)、第三偏振分束器(5)、第四偏振分束器(6)：将含正交的两束线偏振光分别单一输出到两个光纤中(正向工作)，或将两束正交偏振光耦合入一根光纤中(反向工作)。
传感光纤(20)：与一般的光纤并无不同，只是工作时把用来定位的光纤叫做传感光纤。
探测器，包括第一探测器(7)、第二探测器(8)、第三探测器(9)、第四探测器(12)、第五探测器(13)、第六探测器(14)：将光强信号转化为电信号的器件，c波段探测器常使用铟镓砷(ingaas)材料。
信号处理装置(15)，主要将探测器转换后的电信号进行下一步处理，包括依次经过采集卡的采集，再交由电脑进行信号的解调，得到传感光纤上扰动点的扰动信号，之后基于扰动信号进行定位计算。
本发明提供了一种基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法，光纤振动传感器包括第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪、光源发射装置以及信号处理装置，第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳干涉仪分别与信号处理装置连接；第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中包括传感光纤，光源发射装置发出互成预设角度振动的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光、第二偏振光分别入射至第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中，并因第一塞格纳克干涉仪、第二塞格纳克干涉仪中的传感光纤受到扰动点的影响而发生相位变化，发生相位变化的第一偏振光、第二偏振光传输至信号处理装置，信号处理装置用于基于发生相位变化的第一偏振光、第二偏振光，对扰动点进行定位。
具体的，当有扰动点作用在传感光纤上时，由于光弹效应则将会引起传输在传感光纤中光波发生相位变化，又由于第一偏振光、第二偏振光经过扰动点的时间不同，所以第一偏振光、第二偏振光发生的相位变化也不同，基于发生相位变化了的第一偏振光、第二偏振光可以实现对扰动点定位。
本实施例还提供了一种定位装置，参见图4所示，其包括处理器401、存储器402及通信总线403，其中：
通信总线403用于实现处理器401和存储器402之间的连接通信；
处理器401用于执行存储器402中存储的基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位程序，以实现上述各个实施例中基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法的各步骤。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，该一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述各个实施例中基于干涉型分布式光纤振动传感器的定位方法的各步骤。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述，同时，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，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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