[发明专利]分布式光纤振动传感器高精度定位方法

说明书

分布式光纤振动传感器高精度定位方法，属于光纤传感技术领域。本发明基于φ‑OTDR光纤振动传感原理，设计了一种基于瑞利散射曲线的时域方差的定位算法，该算法克服了分离平均法容易在分离处产生干扰尖峰，以及移动平均法运算量较大的问题。实验结果表明该算法可以提高定位精度，更容易找到事件点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤振动传感系统中的事件点定位方法。

背景技术

φ—OTDR分布式光纤振动传感系统，采用光纤作为传感单元，终端为全光结构，通过测量发射脉冲到接收到干涉信号的时间差，即可实现对振动点的定位。适合大范围的安全和健康监测，比如大型工事、桥梁隧道、环境与公路工程、大型展览馆与会场、输油气管道等。随着我国油气管线输送项目建设的加快，国内油气管线对分布式光纤振动传感器的测量长度大幅提高，测量精度和定位准确等参数也要相应提高。

φ—OTDR分布式光纤振动传感系统是一种常见的光纤振动传感系统，向传感光纤中输入脉冲光，脉冲信号在光纤中传输会发生瑞利散射，产生瑞利后向散射信号，当外界有振动作用在光纤上某处时，由于弹光效应，该处的光纤参数会发生变化，导致瑞利散射曲线对应位置处的光强发生变化，通过信号处理，即可实现对振动事件的探测和定位，扰动位置可由下式计算：

式中：c为真空中光速△t为发出脉冲到收到瑞利曲线发生变化的时间，n为光纤纤芯折射率。

φ-OTDR型光纤振动传感系统定位时常用平均法滤除随机噪声的影响，一般采用的平均法有分离平均算法和移动平均算法。分离平均算法将连续的曲线分割开了，可能在两条分离平均法处理后的曲线间产生额外的尖峰。移动平均法虽然解决了这个问题，但是计算量比较大，难以实现较高实时性的定位功能。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对分离平均法和移动平均法存在的不足，设计一种新的算法，实现精确的定位。

本发明的解决方案是：设计了一种基于瑞利散射曲线时域方差的定位算法，步骤如下：

（1）向φ-OTDR系统中按一定的重复频率输入脉冲信号，脉冲信号在传感光纤中发生瑞利散射，产生后向瑞利散射信号，瑞利后向散射光具有强相干性会发生自干涉，送往光电探测器进行光电转化，经过放大、滤波后得到干涉光强I，，其中A为后向散射光波振幅，λ为光波波长，n为光纤纤芯折射率，W为脉宽；

(2) 采集多条瑞利后向散射曲线，将这些曲线按时域平均，得到一条平均曲线;

(3) 计算各条瑞利后向散射曲线与平均曲线的差值得到差值曲线;

(4) 在差值曲线中每次取若干条计算它们的时域方差，得到方差曲线。将得到的方差曲线取平均值，方差平均值曲线中的尖峰点即对应着振动所在位置。

本发明和现有技术相比的优点在于：本文提出了一种基于时域方差的定位算法，该算法克服了分离平均法容易在分离处产生干扰尖峰，以及移动平均法运算量较大的问题。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图2为φ-OTDR光纤振动传感系统示意图；

图3为采集到的瑞利后向散射曲线；