[发明专利]一种基于距离域补偿的OFDR大应变测量方法

说明书

本发明公开了一种基于距离域补偿的OFDR大应变测量方法，通过求出的光谱偏移量计算出该位置光纤所受应变大小，从而根据应变计算出该位置光纤形变量Δx_i，并对第一份局部测量信号在距离域上进行递归补偿，即x_i+1＝x_i+Δx_i；依次对测量信号进行递归的距离域补偿，从而提高测量信号与参考信号的相关性，提高应变测量的准确性；其优点在于，本发明所提出的基于距离域补偿的OFDR传感系统可以提高测试信号和参考信号的相关性，从而极大提高系统的应变测量范围，实现OFDR系统的大应变测量。

技术领域

本发明涉及一种基于距离域补偿的OFDR(光频域反射)系统，应用于应变测量领域，提高了系统的应变测量范围，属于光纤传感探测的技术领域。

背景技术

分布式光纤传感技术因其具有抗电磁干扰能力强、结构相对简单、定位精度高和传感距离大等优势，而在近几十年中受到人们的广泛关注。分布式光纤传感中光纤作为传感介质的同时也是测量的传输介质，利用光纤中光波的传输特性，包括拉曼散射、瑞利散射和布里渊散射，实现了沿光纤长度方向对外界环境进行分布式的实时监控。该技术因其独特的优势正在被逐渐应用在越来越多的领域，例如检测大桥安全，土木工程的检测，隧道等地下的火灾警报，勘测地质等，在社会建设中发挥着重要的影响。作为分布式光纤传感系统的代表，光频域反射技术(OFDR)具有重量轻、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰性强等优点，可以连续测量沿光纤距离上的应变、振动、温度等外界的物理量变化，通过对待测光纤的替换，如使用对湿度敏感的聚酰亚胺光纤，也可以实现对湿度等物理量的测量。同时，OFDR系统能够实现高空间分辨率的测量，因此在航天航空等高精度监测领域也受到了关注。

OFDR原理为：可调谐激光光源发出的线性扫频光经过耦合器分为两束，一束经过环形器进入待测光纤，待测光纤的后向瑞利散射光返回形成信号光，与耦合器的另一束参考光发生拍频干涉。对拍频信号采集并进行快速傅里叶变换处理，就可以得到沿传感光纤构建的距离域信息。在OFDR系统测量中，需要采集一次没有外界影响的参考信号和光纤受到影响的测试信号，通过对测试信号与参考信号相同位置的部分进行提取，并进行互相关计算。通过互相关的波峰偏移得到外界信息的变化。然而，当测量应变较大时，参考信号与测试信号在距离域上会发生偏差，其相关性会极大降低，从而使互相关结果产生多峰和假峰，得不到正确的结果。一般当应变大于3000微应变时，普通的系统就已经无法得出正确的应变测量结果。因此，如何有效提高OFDR系统的应变测量范围是一个十分重要的研究方向。

发明内容

本发明提供一种可以适用应变大于3000微应变的基于距离域补偿的OFDR(光频域反射)系统的大应变测量方法，其技术方案为，

一种基于距离域补偿的OFDR大应变测量方法，包括以下步骤，

S1.分别采集两次信号，一次为不包含应变信息的信号，作为参考信号；另一次为包含应变信息的信号，作为测试信号；

S2.将参考信号和测试信号通过快速傅里叶变化映射到距离域上，按比例缩放到光纤长度，选择数据的起始位置x₀,并取窗口大小为C，得到第一份局部距离域信息,其中窗口大小决定了系统测量的空间分辨率大小；

S3.将第一份参考信号和测量信号的局部距离域信息进行逆傅里叶变化得到各自的局部谱信息；

S4.对步骤S3得到的快速逆傅里叶变换后的参考信号和测量信号各自的局部谱信息通过互相关计算得到其光谱偏移量，在传感光纤受到外界影响的位置其互相关的互相关波峰会发生偏移；

S5.通过求出的光谱偏移量计算出该位置光纤所受应变大小，从而根据应变计算出该位置光纤形变量Δx_i，并对第一份局部测量信号在距离域上进行递归补偿，即x_i+1＝x_i+Δx_i；