一种botdr光纤应变分布曲线拼接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法。
【背景技术】
[0002]布里渊光时域反射计(BOTDR)依靠测量光纤中后向布里渊散射光的布里渊频移分布计算光纤的应变分布，脉冲光以一定的频率自光纤一端入射，入射的脉冲光与光纤中的声子发生相互作用后产生布里渊散射，后向布里渊散射光沿光纤原路返回到入射端。由于光纤中布里渊散射光频移与光纤轴向应变和温度间存在线性关系，因此测量出光纤的布里渊散射频移分布即可计算出光纤中的应变分布。布里渊光时域反射计具有低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀、防水、抗潮湿、温度适应性强等特性，并且由于可以单端测量，施工难度较低而广受关注。布里渊光时域反射计可用于岩土工程健康监测、地质灾害预警监测、电缆及管道的健康监测等领域，是工程领域用于取代传统点式传感器的最有力的产品之一。
[0003]BOTDR产品在测试光纤应变分布数据时，空间分辨率指标直接受探测光脉冲宽度影响，脉冲宽度越宽，空间分辨率越差，测试距离越长，在测量长距离光纤应变分布数据时，为保证布里渊后向散射信号的强度，只能使用大脉宽进行测量，测试数据的空间分辨率很差且难以提升。同时，现有BOTDR产品的最大测试量程为80km，难以满足距离超过80km的超长距离光纤的应变分布测试需求。根据BOTDR产品的测试原理，在光纤一端测试的应变曲线与在光纤另一端测试得到的应变曲线互为镜像，因此将光纤两端各自测试的应变曲线进行互补拼接，可以有效的改善单端测试光纤应变曲线的末端应变数据信噪比，既可以提升BOTDR产品的测试距离，也可以使用更窄的脉冲实现相同长度的光纤应变分布测试，从而提升BOTDR产品的空间分辨率。
[0004]但是，目前对光纤两端的BOTDR应变曲线进行拼接只能采用人工手段，通过人工寻找两端应变曲线的重合区域，然后手动对两组应变曲线进行拼接，由于测试距离长，两条测量应变曲线的末端数据信噪比很低，噪声很高，人工拼接耗费时间长，成本高，而且误差较大，极大的影响了 BOTDR产品对超长距离光纤应变分布测试能力，以及在超长距离光纤应变分布测试领域的推广及应用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，其采用如下技术方案:
[0006]一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，包括如下步骤:
[0007]步骤101、获取应变分布曲线的数据点数N ;
[0008]步骤102、获取应变分布曲线A的数据SDA[0]?SDA[N_1]；
[0009]步骤103、获取应变分布曲线B的数据SDB[0]?SDB[N_1]；
[0010]步骤104、计算应变分布曲线B的镜像翻转数据SDBI [O]?SDBI [N-1]；
[0011]步骤105、计算应变数据关联权重数据SDC[0]?SDC[N-1]；
[0012]步骤106、寻找应变数据关联权重数据SDC[0]?SDC[N_1]的最大值所在位置SDMAXI ；
[0013]步骤107、建立应变分布拼接数据SDDC[0]?SDDC[2N_1]，并全部初始化为O ;
[0014]步骤108、将应变分布曲线A的数据SDA[0]?SDA[N_SDMAXI/2_1]依次赋值给SDDC[O]?SDDC[N-SDMAXI/2-l]；
[0015]步骤109、将应变分布曲线B的数据SDB[SDMAXI/2]?SDB[N_1]依次赋值给SDDC[N-SDMAXI/2]?SDDC[2N_SDMAXI/2_1]；
[0016]步骤110、输出数据 SDDC[O]?SDDC[2N_l_SDMAXI/2]。
[0017]进一步，上述步骤104中，计算应变分布曲线B的镜像翻转数据的方法为:
[0018]步骤1041、建立应变分布曲线B的水平镜像数据SDBI [O]?SDBI [N-1]，全部初始化为O ;
[0019]步骤1042、初始化I，赋值为O ;
[0020]步骤1043、将 SDBI [I]赋值为 SDB[N_1_I]；
[0021]步骤1044、I的值增加I ；
[0022]步骤1045、如果I〈N，转到步骤1043，否则转步骤1046 ；
[0023]步骤1046、结束。
[0024]进一步，上述步骤105中，计算应变数据关联权重数据的方法为:
[0025]步骤1051、初始化应变数据关联权重数据SDC[O]?SDC[N_l]的值为O ;
[0026]步骤1052、初始化TSO;
[0027]步骤1053、初始化S为O ;
[0028]步骤1054、初始化IST;
[0029]步骤1055、将 X 赋值为 SDA[I]/SDB [1-T]；
[0030]步骤1056、计算关联权重 CE，CE = AXexp [-0.5* [ (X-XO) /B]2]，其中，Α、Χ0 与 B 均为高斯函数系数；
[0031]步骤1057、将S的值增加CE ;
[0032]步骤1058、如果KN-T，转步骤1055，否则转步骤1059 ；
[0033]步骤1059、将 SDC [T]赋值为 S ；
[0034]步骤10510、如果T〈N-1，转步骤1053，否则转步骤10511 ；
[0035]步骤10511、结束。
[0036]本发明具有如下优点:
[0037]本发明方法依据光纤两端测试得到的应变数据的重合相似特性，以应变数据关联权重计算方法为核心，利用滑动求商权重积分寻找两条光纤应变曲线的重合区域，实现了光纤应变曲线的自动拼接，有效的减少了光纤末端信噪比较低的应变数据对曲线拼接的影响，极大的提高了光纤应变分布数据的拼接效率以及拼接精度，降低了人工成本，提升了BOTDR产品的测试距离，实现了对超长距离光纤应变分布的测试精度，扩大了 BOTDR产品的应用领域。
【附图说明】
[0038]图1为本发明中一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法的流程示意图；
[0039]图2为本发明中应变分布曲线B的镜像翻转数据计算方法示意图；
[0040]图3为本发明中应变数据关联权重计算方法示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0042]结合图1所示，一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，包括如下步骤:
[0043]步骤101、获取应变分布曲线的数据点数N。
[0044]步骤102、获取应变分布曲线A的数据SDA[0]?SDA[N_1]。
[0045]步骤103、获取应变分布曲线B的数据SDB[0]?SDB[N_1]。
[0046]步骤104、计算应变分布曲线B的镜像翻转数据SDBI [O]?SDBI [N-1]。
[0047]如图2所示，应变分布曲线B的镜像翻转数据计算方法如下:
[0048]步骤1041、建立应变分布曲线B的水平镜像数据SDBI [O]?SDBI [N-1]，全部初始化为O ;
[0049]步骤1042、初始化I，赋值为O ;
[0050]步骤1043、将 SDBI [I]赋值为 SDB[N_1_I]；
[0051]步骤1044、I的值增加I ；
[0052]步骤1045、如果I〈N，转到步骤1043，否则转步骤1046 ；
[0053]步骤1046、结束。
[0054]步骤105、计算应变数据关联权重数据SDC[0]?SDC[N_1]。
[0055]如图3所示，计算应变数据关联权重数据的方法为:
[0056]步骤1051、初始化应变数据关联权重数据SDC[O]?SDC[N_l]的值为O ;
[0057]步骤1052、初始化TSO;
[0058]步骤1053、初始化S为O ;
[0059]步骤1054、初始化IST;
[0060]步骤1055、将 X 赋值为 SDA[I]/SDB [1-T]；
[0061]步骤1056、计算关联权重 CE，CE = AX exp [-0.5* [ (Χ-Χ0)/B]2]；
[0062]其中，Α、Χ0与B均为高斯函数系数，其典型值可分别设为1、1、0.5，A、X0与B的值不限于典型值，可根据实际情况确定；
[0063]步骤1057、将S的值增加CE ；
[0064]步骤1058、如果KN-T，转步骤1055，否则转步骤1059 ；
[0065]步骤1059、将 SDC [T]赋值为 S ；
[0066]步骤10510、如果T〈N-1，转步骤1053，否则转步骤10511 ；
[0067]步骤10511、结束。
[0068]步骤106、寻找应变数据关联权重数据SDC[0]?SDC[N_1]的最大值所在位置SDMAXI。
[0069]步骤107、建立应变分布拼接数据SDDC[0]?SDDC[2N_1]，并全部初始化为O。
[0070]步骤108、将应变分布曲线A的数据SDA[O]?SDA[N_SDMAXI/2_1]依次赋值给SDDC[O]?SDDC[N-SDMAXI/2-l]。
[0071]步骤109、将应变分布曲线B的数据SDB[SDMAXI/2]?SDB[N_1]依次赋值给SDDC[N-SDMAXI/2]?SDDC[2N_SDMAXI/2_1]。
[0072]步骤110、输出数据 SDDC[O]?SDDC[2N_l_SDMAXI/2]。
[0073]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【主权项】
1.一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤101、获取应变分布曲线的数据点数N ; 步骤102、获取应变分布曲线A的数据SDA[0]?SDA[N-1]； 步骤103、获取应变分布曲线B的数据SDB[0]?SDB[N-1]； 步骤104、计算应变分布曲线B的镜像翻转数据SDBI [O]?SDBI [N-1]； 步骤105、计算应变数据关联权重数据SDC[0]?SDC[N-1]; 步骤106、寻找应变数据关联权重数据SDC[O]?SDC[N-1]的最大值所在位置SDMAXI ； 步骤107、建立应变分布拼接数据SDDC[0]?SDDC[2N-1]，并全部初始化为O ; 步骤108、将应变分布曲线A的数据SDA[O]?SDA[N-SDMAXI/2-1]依次赋值给SDDC[O]?SDDC[N-SDMAXI/2-l]； 步骤109、将应变分布曲线B的数据SDB[SDMAXI/2]?SDB [N-1]依次赋值给SDDC[N-SDMAXI/2]?SDDC[2N_SDMAXI/2_1]； 步骤 110、输出数据 SDDC[O]?SDDC[2N-l-SDMAXI/2]。
2.根据权利要求1所述的一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，其特征在于，所述步骤104中，计算应变分布曲线B的镜像翻转数据的方法为: 步骤1041、建立应变分布曲线B的水平镜像数据SDBI [O]?SDBI [N-1]，全部初始化为O ； 步骤1042、初始化I，赋值为O ; 步骤 1043、将 SDBI [I]赋值为 SDB[N-1-1]； 步骤1044、I的值增加I ； 步骤1045、如果I〈N，转到步骤1043，否则转步骤1046 ； 步骤1046、结束。
3.根据权利要求1所述的一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，其特征在于，所述步骤105中，计算应变数据关联权重数据的方法为: 步骤1051、初始化应变数据关联权重数据SDC [O]?SDC [N-1]的值为O ; 步骤1052、初始化T为O ; 步骤1053、初始化S为O ; 步骤1054、初始化IST; 步骤 1055、将 X 赋值为 SDA[I]/SDB [1-T]； 步骤 1056、计算关联权重 CE，CE = AXexp[-0.5* [ (Χ-Χ0)/B]2]，其中，A、XO 与 B 均为高斯函数系数； 步骤1057、将S的值增加CE ； 步骤1058、如果KN-T，转步骤1055，否则转步骤1059 ； 步骤1059、将SDC [T]赋值为S ； 步骤10510、如果T〈N-1，转步骤1053，否则转步骤10511 ； 步骤10511、结束。
【专利摘要】本发明公开了一种BOTDR光纤应变分布曲线拼接方法，该方法依据光纤两端测试得到的应变数据的重合相似特性，以应变数据关联权重计算方法为核心，利用滑动求商权重积分寻找两条光纤应变曲线的重合区域，实现了光纤应变曲线的自动拼接，有效的减少了光纤末端信噪比较低的应变数据对曲线拼接的影响，极大的提高了光纤应变分布数据的拼接效率以及拼接精度，降低了人工成本，提升了BOTDR产品的测试距离，实现了对超长距离光纤应变分布的测试精度，扩大了BOTDR产品的应用领域。
【IPC分类】G06F19-00, G01B11-16
【公开号】CN104866708
【申请号】CN201510178879
【发明人】袁明, 闫继送, 张志辉, 陈晓峰
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月16日