[发明专利]基于瑞利散射谱的相位谱分析的光纤分布式振动测量方法

说明书

本发明将提出一种分布式振动测量方法，在不改变光频域反射原理的分布式测量系统的基础上获得传感光纤上不同区域上的振动信息，本发明的振动传感是建立在光频域反射系统上的，因此具有毫米级的振动传感空间分辨力，同时通过在频域上选取振动传感点位置并将其变换到时域上并经过相位分析得到传感光纤的振动信息，具有高灵敏度的特点，同时由于是在时域上分析，理论上被测振动频率可以远大于光频域反射系统测量速度，本方法算法简单易于实现，无需增加额外硬件，降低了系统的成本，该振动传感可以作为光频域反射系统的一个功能模块集成到现有的成品系统上。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤分布式振动测量方法。

背景技术

周界安全防范、边境防范、地震监测以及海啸预警等传感报警系统在保障人民生活安定、保护人们生命财产安全方面发挥着巨大的作用，而这类系统的本质在于对振动信号的检测和分析。随着光器件和光通信的发展，光纤传感技术越来越多地应用于传感领域，逐步取代一些传统的电类传感器。由于光纤的本质特性对振动、应力及声波等信号敏感，基于光纤的振动传感技术尤其是分布式传感受到各国科技工作的重视。

目前国内外已有多种基于光纤的分布式振动传感技术和方法，但主要是基于相位OTDR(phase-Optical Time Domain Reflectometry)技术。相位OTDR方法实质是基于光雷达技术，通过监测光纤中产生的背向瑞利散射和菲涅尔反射信号来判断干扰发生并定位，由于采用的输入光是1ns左右的窄光脉冲，因而该技术作为分布式振动传感方法空间分辨力较差，一般在米量级。

光频域反射技术(OFDR)原理实现的分布式物理量测量是一种可以高空间分辨力实现物理量分布式测量的一种技术手段，该技术可以实现不同种类传感光纤的分布式物理量测量。其通过相干探测可以以高动态范围地测量光纤内包括瑞利散射或者光栅反射信号，通过求取携带有光纤分布式物理量信息如应变或温度的瑞利散射或者若反射光纤光栅阵列反射信号的光谱的频移量来获得分布式的被测物理量信息。相较于相位OTDR，可以实现毫米级的空间分辨力。相关的较早的文献包括：

Distributed measurement of static strain in an optical fiber withmultiple Bragg gratings atnominally equal wavelengths[J].Applied Optics,1998,37(10):1741-1746.

High-spatial-resolution distributed strain measurement in opticalfiber with Rayleigh scatter[J].Applied Optics,1998,37(10):1735-1740.

在光频域反射原理和系统上发展的分布式振动测量方法，包括文献Long-rangevibration sensor based on correlation analysis of optical frequency-domainreflectometry signals，High spatial resolution distributed fiber strain sensorbased on phase-OFDR，但是类似方案或者是通过复杂的算法或者是采用了额外的探测装置，不利于分布式振动测量的实时求解与设备的成本降低。

本发明将提出一种分布式振动测量方法，利用光频域反射原理获取传感光纤上的瑞利散射谱的相位谱信息，在不改变光频域反射原理的分布式测量系统的基础上通过进行瑞利散射谱的相位谱分析以获得传感光纤上不同区域上的振动信息。

发明内容

针对现有的分布式光纤传感技术存在的问题，本发明将提出一种分布式振动测量方法，利用光频域反射原理获取传感光纤上的瑞利散射谱的相位谱信息，在不改变光频域反射原理的分布式测量系统的基础上通过进行瑞利散射谱的相位谱分析以获得传感光纤上不同区域上的振动信息。