一种分布式光纤传感系统中消除频率干扰的定位方法与流程

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种分布式光纤传感系统中消除频率干扰的定位方法。

背景技术：

分布式光纤传感技术是信号探测和定位的最理想手段之一，具有高分辨率、高精度、高响应速度的优点，而其中基于相位调制原理的分布式光纤干涉系统，又同时具有隔离静态、准静态的环境噪声影响、只响应动态信号、对光源相干长度要求低、系统调整方便、测试动态范围广的优点，更具有实用价值。分布式光纤传感系统已经在速度测试、振动传感等领域得到了广泛的应用。

传统的分布式光纤传感扰动源定位方法主要有陷波点法和自相关时延法。陷波点法是通过扰动源引起的光相位差的频谱图中的频率缺失点来获得振动点的位置信息。但是该方法中的频率缺失点位置易受到其他因素的干扰，存在系列扰动频率点，从而使得定位精度下降。自相关时延法是对解调后的相位信号做自相关，利用不同路径光信号之间受到扰动的时延差来实现扰动定位。但该方法计算复杂度高，导致计算缓慢，对处理设备要求较高。

技术实现要素：

本发明针对分布式光纤传感检测系统，提出一种分布式光纤传感系统中消除频率干扰的定位方法，提高定位精度。

本发明的技术方案如下：

一种分布式光纤传感系统中消除频率干扰的定位方法，所述方法具体步骤如下：

步骤1：将分布式光纤传感系统中采集到的同一振动对应不同光源和光路位置的两束干涉光信号经过相位还原得到干涉相位差信号和

步骤2：根据步骤1得到的干涉相位差信号特征，引入中间函数θ(t)；

步骤3：根据步骤2结果计算两光路系统的相位差信号之差

步骤4：对步骤3的结果求积分，得到信号其中n是光纤的有效折射率，c是真空中光速，l2为振动点位置的距离；

步骤5：计算步骤1的相位差信号与步骤4的积分结果信号比值，消除伪陷波点频率的干扰；

步骤6：对步骤5的信号进行傅立叶变换得到频谱特征频率f，即可依据特征频率得到定位距离。

上述步骤1的相位还原方法采用无源零差解调、反正切、反余弦相位还原算法中的任一种。

上述步骤6中，所述定位距离的扰动点位置与特征频率f的关系为：

其中n是光纤的有效折射率，c是真空中光速，l为扰动点位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：为分布式光纤传扰动定位系统的位置信息提取提供了一条行之有效的方法，消除了伪陷波点的频率影响，提高了光纤传感扰动定位的定位精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明算法流程图。

图2为本发明实施例采用的光路系统图。

图3为本发明在实施例中在32.37km处的定位曲线图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例：

如图1所示，本实施例针对图2所示分布式光纤传感扰动系统，设图2中d点处发生扰动，其采用波分复用技术，从不同光源发出的光通过wdm形成两个互不干扰的光路系统，获得两个含有同一扰动信息的干涉信号。

系统由2个超辐射发光二极管(sld)光源(分别产生波长为1310nm和1550nm的光)，1个环形器，1个3*3光纤耦合器，4个光电探测器，3个波分复用器，2段光纤延迟线及1个波长为1310nm的反射头和1个波长为1550nm的反射头。

对于波长为1310nm的系统，具体的光路走向为：

a)2-3-4-8-frm2-8-5-6-7；

b)2-3-4-7-6-5-8-frm2-8；

通过反正切相位还原得到振动信号相位变化为：

式中l1为7到扰动点d的距离，l2为扰动点d的距离，ld为延迟线圈的长度,n是光纤的有效折射率，c是真空中光速。

传统的定位方法根据陷波点的位置对扰动点进行定位。即扰动点位置与特征频率的关系是通过得到的，与无关，因此该方法存在由造成的“伪陷波点”的干扰。从而使在某些情况下“陷波点”不明显，降低定位准确性。本发明在此基础上，解决伪陷波点问题，提高定位精度。

本发明中，通过波分复用系统构建含有相同扰动信息的一路干涉系统，引入中间函数，消除干扰频率的影响，具体为：

波长1550nm的光相应的干涉光路为：

c)1-3-4-8-frm1-8-5-6-7；

d)1-3-4-7-6-5-8--frm1-8；

引入中间函数

则

上述两式相减可得：

对式(6)积分，可以得到信号

因此，

上述l1为7到扰动点d的距离，l3为延时线圈长度。

消除了的影响。仅令则可以找到扰动点位置l2与特征频率f的关系。

对式(7)作傅里叶变换得到频域谱，即可找到特征频率，从而根据式(8)计算出扰动点距离l2，判定扰动点的位置。本实施例中，如图3所示波长为1550nm的系统从pd得到的原始信号(a)和(b)，相位还原的信号(c)和频谱信号(d)。根据频谱信号(d)，计算出陷波点位置的平均值出现在1572.5hz。定位的长度为32.43km.，与真实长度32.37km相比，误差60m。

本实施例中，1310nm和1550nm的光源皆为电子集团总公司44研究所生产的超辐射发光管(sld)。光纤分路器、波分复用器为武汉邮电研究院生产。6是3*3均分的光纤耦合器，11是环形器。反馈装置frm1和frm2是由光纤末端镀反射膜制成。监控光缆(光纤8)铺设于需要监控管线的附近，光纤干涉模块需置于隔音设备中以屏蔽外界干扰。从波分复用器12、13输出的干涉信号用44所生产的型号为gt322c500的ingaas光电探测器将其转为电信号。通过ationalinstruments公司数据采集卡pci-6122将电信号信号采集进计算机进行信号处理，数据处理软件用labview软件编写。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。