064]5)从X3(t)获得测量结果即时域信号x(t)，X3(t)包含两个形状相同但符号相反的测量结果的拷贝，这两个拷贝中的后一个是前一个在时域反转后平移D得到的结果，前一个拷贝就是所需的测量结果x(t)。
[0065]图2是本发明的一实施例的测量装置的结构示意图。如图所示，信号发射单元I包括依次串联的调制信号发生器3、驱动电路4和激光器5，信号接收单元2包括依次串联的光接收放大器8、解调电路7、以及信号存储和处理单元6。
[0066]调制信号发生器3产生一定频率的正弦波，在设定频谱内等间隔进行频率扫描，f = lAf，2Af，3Af，…，n Af，η Λ f，其中不包含直流分量f = O。驱动电路4接收到调制信号发生器3的信号，产生驱动电流，驱动激光器5，激光器5发射被正弦调制了的激光信号。激光信号经过光学耦合器9进入一段约20km的光纤卷10。光纤卷10中各点的瑞利背向反射经光学耦合器9进入光接收放大器8。光接收放大器8接收并放大光电转换信号，光接收放大器8采用交流耦合，不需要测量直流分量，完全排除了系统直流漂移产生的误差。解调电路7解调放大后的信号，得到每个频率的响应信号X(f):Χ(1 Λ f)，Χ(2 Λ f)，X(3Af)，…，X (η Λ f)，其中不包含直流分量X(O)。信号存储和处理单元6对频域响应信号X(f)进行运算得到时域测量结果x(t)，即光纤损耗特性曲线。
[0067]其中信号存储和处理单元6对频域响应信号X(f)做计算，步骤如下:
[0068]I)将X(f)乘以因子-1，得到XJf)，
[0069]X^f) = -X (f)；
[0070]2)将XJf)乘以因子e—w?得到X2(f)，为避免平移前的信号和平移后的信号重叠，D 必须满足:(v/ (2 Δ f) -L) >D>L，
[0071]X2 (f) =
[0072]3)将 X (f)和 X2 (f)相加得到 X3 (f)，
[0073]X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X (f) +X1 (f) e_J4πΠ)= X(f)-X (f) e ^j4π?
[0074]4)在X3 (O) = O的情况下对X3 (f)进行离散傅立叶逆变换，获得X3 (t)
[0075]5)从X3(t)获得测量结果即时域信号χ(t)
[0076]图3至图7是运用本实施例的测量装置所获得的频谱响应经不同运算所获得的结果O
[0077]图3是对所测得的频谱响应直接傅立叶逆变换得到的空域结果的线性坐标示意图。图中所示的曲线是直接对测得的频谱响应进行傅立叶逆变换得到的空域结果，即光纤的损耗特性曲线，空域经过时域乘以光波在光纤中的速度V得到。纵坐标为线性。图中的尖峰是光纤远端的端面反射，其位置在约21km处。图中可以看出，在约21km光纤以外，结果为负值，而正确的结果应该为零，产生这一错误的原因是由于频谱响应中缺少直流分量而早造成的。
[0078]图4是对所测得的频谱响应直接傅立叶逆变换得到的空域结果的绝对值对数坐标示意图。图中所示的曲线是直接对测得的频谱响应进行傅立叶逆变换得到的空域结果，和图3不同的是它采用取绝对值对数坐标。
[0079]图5是本发明的一实施例的频谱响应经过时域反转平移后傅立叶逆变换得到的空域结果的线性坐标示意图。图中所示的曲线是进行时域反转平移后的结果，采用线性坐标。图中可以看出在约21km之外，结果为零。从图中可以看出后一部分是由前一部分反转并平移后得到的。
[0080]图6是本发明的一实施例的频谱响应经过时域反转平移后傅立叶逆变换得到的空域结果的绝对值对数坐标示意图。图中所示的曲线也是进行时域反转平移后的结果，和图5不同的是它采用取绝对值对数坐标，这是测量光纤损耗特性时常用的坐标。图中可以看出取对数后光纤损耗特性为一条有一定斜率的直线。图中包含了所需测量结果的两个相同拷贝。
[0081]图7是本发明的一实施例的从图6的空域结果中得到的前半部分空域结果示意图。图中只包含了图6中的前一个拷贝，即所需的测量结果x(t)。
[0082]本发明提供的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法的主要特点是采用频率扫描，测量被探测对象的频域响应，然后通过快速傅立叶逆变换得到时域测量结果。本发明不需要发射强脉冲，而是发射正弦调制连续波，对信号源的要求低，因此成本较低；采用探测连续波的积分效应大大提高了信噪比；完全不需要测量频谱中的直流分量，避免了系统的直流漂移对直流分量造成的测量误差，提高了测量精度。本发明提供的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法适用于声学传感系统、无线/有线传感系统、光学传感系统、光纤传感系统、分布式传感系统等各个领域。
[0083]本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法，包括下述步骤: 1)以等频率间隔向被测量对象发射信号，f= lAf，2Af，3Af，…，nAf，f为扫描频率，Λ f为频率间隔，η Λ f为扫描频谱的最大频率； 频率间隔Δ f满足条件:Δ f < v/4L，其中V为信号的传播速度，L为待测目标尺度； 2)接收被测量对象的频域响应信号X(f):X(lAf)，X(2Af)，X(3Af)，…，X(n Af)； 3)对步骤2)获得的结果进行时域反转平移计算，包括下述步骤: 1.将X(f)乘以因子-1得到X1(f)，X1 (f) = -X (f);2.将XJf)在时间轴上平移D，0满足条件:&/(2八0-0>0凡，其中￥为信号的传播速度，L为待测目标尺度， X2 (f) = X^f) e_J4"f D3.将X(f)和X2(f)相加得到X3 (f)，X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X (f) +X1 (f) e_J4 π f D = X (f) -X (f) e ^j4 π f D 4)对X3(f)进行离散傅立叶逆变换，获得x3(t)； 5)从x3(t)获得时域信号X(t)。 2.根据权利要求1所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法，其特征在于，以等频率间隔向被测量对象发射的是正弦调制信号。 3.一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，包括: 一信号发射单元，所述信号发射单元以等频率间隔向被测量对象发射信号，f = IAf,2 Af, 3 Af,…，η Λ f，f为扫描频率，Λ f为频率间隔，η Λ f为扫描频谱的最大频率； 频率间隔Δ f满足条件:Δ f < v/4L，其中V为信号的传播速度，L为待测目标尺度； 一信号接收单元，包括信号存储和处理单元，所述信号接收单元接收所述被测量对象的频域响应信号X (f):X (I Λ f)，X (2 Λ f)，X (3 Λ f)，…，X (η Λ f)，所述信号存储和处理单元对所述频域响应信号X (f)进行时域反转平移计算，步骤如下: 1)将X(f)乘以因子-1得到X1⑴，X1 (f) = -X (f); 2)将XJf)在时间轴上平移0，得到&江)，0满足条件:&/(2八^)>0凡，其中￥为信号的传播速度，L为待测目标尺度， X2 (f) = X^f) e_J4"f D 3)将X(f)和X2(f)相加得到X3 (f)， X3 (f) = X (f) +X2 (f) = X(f) +X1 (f) e_J4 π fD = X (f) -X (f) e _j4 π fD 4)对X3(f)进行离散傅立叶逆变换，获得x3(t) 5)从x3(t)获得时域信号X(t)。4.根据权利要求3所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，其特征在于，所述信号发射单元包括依次串联的调制信号发生器、驱动电路和发射器。5.根据权利要求4所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，其特征在于，所述发射器为光发射器。6.根据权利要求3所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，其特征在于，所述信号接收单元还包括接收放大器和解调电路，所述接收放大器、解调电路、以及信号存储和处理单元依次串联。7.根据权利要求6所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，其特征在于，所述接收放大器为光接收放大器，且采用交流耦合。8.根据权利要求3所述的一种基于频谱扫描的分布式物理量探测设备，其特征在于，所述信号发射单元以等频率间隔发射正弦调制信号。
【专利摘要】本发明提供一种基于频谱扫描的分布式物理量探测方法及其装置。该方法包括下述步骤：1)以等频率间隔向被测量对象发射信号：f＝1Δf，2Δf，3Δf，…，nΔf，f为扫描频率，Δf为频率间隔；2)信号接收电路接收被测量对象的频域响应X(f)：X(1Δf)，X(2Δf)，X(3Δf)，…，X(nΔf)；3)在频域进行反转平移步骤，获得X3(f)；4)对X3(f)进行离散傅立叶逆变换，获得x3(t)；5)从x3(t)获得测量结果即时域信号x(t)。本发明提供的探测方法及其装置不需要发射强脉冲，对器件的要求低；不需要测量频谱中的直流分量，而且不需要进行直流校准或补偿，因此完全避免了测量频谱中直流分量所面临的困难，并且排除了系统直流漂移所造成的误差。
【IPC分类】G01R23/16
【公开号】CN104897959
【申请号】CN201410724431
【发明人】王澎
【申请人】王澎
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月3日