时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感器技术领域，更具体涉及一种时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法。
【背景技术】
[0002]为保证油田产量可以稳步提高，需要对油井下的环境参数进行实时采集，包括压力，温度等。同时为了进一步开采超稠油等资源，需要采用蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)等先进技术，这其中对井下声场的形成和传播，振动的分布需要格外关注。因此在实际应用中需要在井下布置大量的传感器，而光纤传感器阵列由于克服了传统电学传感器有源、不耐化学腐蚀和不易复用等缺点，在石油勘探和储量监测等领域有了长足的进步。
[0003]现有技术中，光纤传感器阵列广泛采用了一种高效的复用方式一时分复用技术来提高传感器的规模，降低系统成本。该技术通过向光线传感器阵列中打入按一定周期重复的光脉冲，然后接收一系列返回的响应脉冲，在通过测定阵列中不同传感器对应的光脉冲延时，从这一串响应脉冲中分解出不同光纤传感器的信号。因此光纤传感器阵列中各个光纤传感器的脉冲延时就是一个重要参数，关系到能否准确分解出光纤传感器信号，实际应用中，由于不同光纤传感器阵列的引导光纤长度不同，所产生的延时数据也有所不用，因此对每一光纤传感器阵列都需要重新测定延时参数。
[0004]现有技术中，时分复用光纤传感阵列的脉冲延时均为手动测量，即通过采集一组脉冲序列(响应脉冲)，人工读数进行测量。这种方式不仅准确率较低，而且由于传感器信号为一种干涉信号，其幅度会有所涨落，在某些时刻无法获得个别传感器的延时参数，需要使用另一组数据进行测量，过程十分繁琐。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题是如何自动、高效地测定时分复用光纤传感阵列的脉冲延时。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供一种时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法，所述方法包括以下步骤:
[0009]S1、获取包含定位脉冲以及光纤传感器阵列返回的响应脉冲的光脉冲，其中所述响应脉冲包括脉冲序列，所述脉冲序列包括位于其起始位置的起始脉冲、位于其结束位置的结束脉冲以及位于所述脉冲序列起始位置与结束位置之间的干涉脉冲序列，所述干涉脉冲序列中各个干涉脉冲对应于所述光纤传感器阵列中各个光纤传感器的检测信号；
[0010]S2、对去除所述定位脉冲后的所述光脉冲进行去直流和归一化处理；
[0011]S3、根据脉冲幅值阈值确定所述步骤S2处理后得到的光脉冲中各个脉冲的上升沿的位置和下降沿的位置，确定所述步骤S2处理后得到的光脉冲中各个脉冲的中心位置；
[0012]S4、根据低电平信号阈值，在所述步骤S2处理后得到的光脉冲中找到连续的低电平信号片段；
[0013]S5、根据所述低电平信号片段和所述起始脉冲的预定幅值，确定所述脉冲序列的起始脉冲位置；S6、根据所述步骤S5中得到的所述脉冲序列的起始脉冲位置，以及所述步骤S3中得到所述光脉冲中各个脉冲的中心位置，计算所述脉冲序列的干涉脉冲序列中的相邻干涉脉冲之间的中心位置的差，并作为相邻干涉脉冲中后出现的干涉脉冲的延时参数，计算所述脉冲序列的第一个干涉脉冲中心位置与对应的定位脉冲的位置的差作为所述第一个干涉脉冲的延时参数，其中所述第一个干涉脉冲为所述起始脉冲的后一个脉冲。
[0014]优选地，所述步骤S6之后还包括以下步骤:
[0015]对于所述光纤传感器阵列中每一个光纤传感器，重复执行所述步骤S1-S5，统计不同数值的延时参数出现的次数，取其中出现次数最多并且不等于零的延时参数作为最终的延时参数。
[0016]优选地，所述步骤S6之后还包括检验延时参数的步骤:
[0017]如果所述脉冲序列中相邻干涉脉冲之间的中心位置的差小于设定的延时阈值，则将所述脉冲序列中相邻干涉脉冲之间的中心位置的差作为所述相邻干涉脉冲中后出现的干涉脉冲的延时参数，如果所述脉冲序列中相邻干涉脉冲之间的中心位置的差大于或等于延时阈值，则将所述相邻干涉脉冲中后出现的干涉脉冲的延时参数设定为O。
[0018]优选地，所述定位脉冲的出现周期与所述脉冲序列的出现周期相同。
[0019]优选地，所述步骤S3中确定所述光脉冲中各个脉冲的中心位置具体为:
[0020]根据所述光脉冲中各个脉冲的上升沿的位置和下降沿的位置，确定所述光脉冲中各个脉冲的脉冲宽度，根据所述脉冲宽度确定对应的脉冲的中心位置。
[0021]优选地，所述步骤S3中确定所述光脉冲中各个脉冲的脉冲宽度之后，计算所述中心位置之前还包括校验有效脉冲的步骤:
[0022]将各个脉冲的脉冲宽度分别与预定脉冲宽度比较，脉冲宽度低于所述预定脉冲宽度的脉冲为无效脉冲，从所述光脉冲中去除。
[0023]优选地，所述步骤S6之前还包括如下步骤:
[0024]根据定位脉冲预定幅值确定所述定位脉冲的位置。
[0025]优选地，所述步骤SI之前还包括以下步骤:
[0026]将所述定位脉冲添加到所述响应脉冲中。
[0027]优选地，所述光脉冲存储于文本文件或PC机的数据缓存区内。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明提供了一种时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法，根据接收到的光脉冲的特点提取出延时参数，实现了自动计算延时参数，处理速度大为提高。以包含8探头的光纤传感阵列为例，过去测量8个延时参数一般需要花费I分钟，而且还只是处理一个脉冲序列；采用本发明的方法，读取50个脉冲序列，计算出8个延时参数，时间不超过2秒(Matlab程序运行结果)。同时由于使用多个脉冲序列进行统计测量，处理克服了读数误差等优势，使得计算结果的准确性大为提高，延时参数测量准确率可达到100%。
【附图说明】
[0030]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。
[0031]图1为本发明的时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法的流程图；
[0032]图2为本发明中接收的光脉冲示意图；
[0033]图3为本发明一个较佳实施例的时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0035]—种时分复用光纤传感器阵列的脉冲延时自动测量方法，如图1所示所述方法包括以下步骤:
[0036]S1、获取包含定位脉冲I以及光纤传感器阵列返回的响应脉冲的光脉冲，其中所述响应脉冲包括脉冲序列2，所述脉冲序列2包括位于其起始位置的起始脉冲3、位于其结束位置的结束脉冲4以及位于所述脉冲序列起始位置与结束位置之间的干涉脉冲序列5，所述干涉脉冲序列5中各个干涉脉冲对应于所述光纤传感器阵列中各个光纤传感器的检测信号，如图2所示；
[0037]此步骤中，响应脉冲为光纤传感器阵列返回的一系列脉冲，会周期性出现。起始脉冲3和结束脉冲4可以统称为非干涉脉冲，是脉冲序列2的第一个和最后一个脉冲，幅度基本保持稳定。干涉脉冲序列5是脉冲序列2中间的各个脉冲，个数与光纤传感器阵列中传感器的数目对应，幅度会有较大的波动。
[0038]定位脉冲用于确定系统延时参数的基准脉冲，不包含在光纤传感器阵列返回的脉冲序列中，是系统主动产生并添加进去的，出现周期和脉冲序列的周期一致，但是和脉冲序列的位置关系是事先未知的；
[0039]S2、对去除所述定位脉冲后的所述光脉冲进行去直流和归一化处理；
[0040]此步骤中，去直流处理是将脉冲幅值减去此光脉冲的脉冲幅值的平均值，归一化处理是将直流处理后得到的值除以去直流处理得到的值中的最大值；
[0041]S3、根据脉冲幅值阈值确定所述步骤S2处理后得到的光脉冲中各个脉冲的上升沿的位置和下降沿的位置，确定所述步骤S2处理后得到的光脉冲中各个脉冲的中心位置；
[0042]脉冲幅值阈值是可以根据实际情况确定；
[0043]S4、根据低电平信号阈值，在所述步骤S2处理后得到的光脉冲中找到连续的低电平信号片段6;
[0044]低电平信号片段是脉冲序列之间的一段低电平信号，持续时间一般大于3个非干涉脉冲的宽度；
[0045]S5、根据所述起始脉冲3的预定幅值以及确定所述低电平信号片段6后出现的所述脉冲序列2的起始脉冲位置；
[0046]起始脉冲的幅值基本保持不变，因此可以预先设定起始脉冲3的预定幅值，用以确定脉冲序列的起始脉冲位置，一般情况下，低电平信号片段后的第一个脉冲即是起始脉冲；
[0047]S6、根据所述步骤S5中得到的所述脉冲序列的起始位置，以及所述步骤S3中得到所述光脉冲中各个脉冲的中心位置，计算所述脉冲序列的干涉脉冲序列中的相邻干涉脉冲之间的中心位置的差，并作为相邻干涉脉冲中后出现的干涉脉冲的延时参数，计算所述脉冲序列的第一个干涉脉冲中心位置与对应的定位脉冲的位置的差作为所述第一个干涉脉冲的延时参数。
[0048]上述方法可以采用程序自动计算延时参数，处理速度大为提高。以包含8探头的传感阵列为例，过去测量8个延时参数一般需要花费lmin，而且还只是处理一组脉冲序列；采用本发明的方案，读取50组脉冲序列，计算出8个延时参数，时间不超过2s (Matlab程序运行结果)。
[0049]进一步地，所述步骤S6之后还包括以下步骤:
[0050]对于所述光纤传感器阵列中每一个光纤传感器，重复执行所述步骤S1-S5统计不同数值的延时参数出现的次数，取其中出现次数最多并且不等于零的延时参数作为最终的延时参数。使用多组数据进行统计测量，程序自动处理克服了读数误差等优势，使得计算结果的准确性大为提尚。
[0051]进一步地，所述步骤S6之后还包括检验延时参数的步骤:
[0052]如果所述脉冲序列中相邻干涉脉冲之间的中心位置的差小于设定的延时阈值，则将所述脉冲序列中相邻干涉脉冲之间的中心位置的差作为所述相邻干涉脉冲中后出