[发明专利]光纤传感信号预处理装置及其方法

说明书

一种光纤传感信号预处理装置及其方法，该光纤传感信号预处理装置包括：探测装置，用于探测第一信号，并将其输入到可变增益装置；波形编译以及数模转换装置用于生成第一模拟控制信号并将模拟控制信号输入到可变增益装置；可变增益装置，用于恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号并将第二信号输入到滤波装置；滤波装置用于消除第二信号中的第一低频干扰信号，以生成包括第二传感信号的信号；时序控制装置，用于控制探测装置和波形编译以及数模转换装置的工作状态保持同步。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及光纤传感信号预处理装置及其方法。

背景技术

光纤传感器是一种利用光纤在外界环境因素变化时，光纤中传输光的光相位和光强度发生规律变化这一特性制成的传感器，因其测量精准、抗辐射、抗电磁干扰等特点得到重视。基于光时域反射仪(OTDR)的分布式光纤传感技术在很多测量领域得到广泛的应用，如振动和声波测量、温度测量、应力应变测量等。光时域反射仪技术中，被探测的测量信号是瑞利散射光的背向散射光信号，光纤上某点的瑞利散射光信号与参与光产生的拍频信号大小可映射为该点与测试起点之间的物理距离，通过对瑞利散射光的背向散射光进行探测和处理，能够得到光纤上某点在外界环境因素变化的变化信息。在采集背向散射光信号时，会出现很多干扰，一种干扰在于背向散射光信号强度会随着传播距离的增加而缓慢下降，当传感光纤足够长时，其首端和尾端之间的信号强度可能会相差几个量级，使得前后的信号强度不处于同一个合适的动态范围内。如果采集信号时采用大的动态范围，就会降低弱信号的测量精度；如果采用小的动态范围，强信号就会超过数据采集卡系统的量程甚至造成模数转换器(ADC)元件击穿。另一种干扰在于传感光纤尾端、传感光纤与数据采集系统之间以及光纤之间连接端口的端面可能产生端面反射光噪声干扰传感信号，影响传感测量精度和稳定性。

现有对于解决背向散射光信号强度随距离衰减问题的方法少有提及，对于光纤尾端处理方法包括使用折射率匹配液、涂覆折射率匹配膏、尾端打环、熔接多段特种光纤或尾端使用匹配材料装置等方法，但是这些方法在实际使用过程中存在例如以下问题：折射率匹配液不易保存，折射率匹配膏在使用过程中易脱落，打环结构长时间使用导致传输不稳定且易散落，熔接多段特种光纤导致尾部空间被占用且熔接特种光纤部位无法测量，匹配材料装置使用范围受限等问题，限制了装置使用的范围。

因此，需要一种有效、稳定、实现简单、易操作的光纤传感信号预处理方法，减少光纤传感中的端面反射噪声和提高长距离测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤传感信号预处理装置及其方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种光纤传感信号预处理装置，包括：

探测装置，用于探测预设激光信号分布式光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，第一信号包含第一传感信号，第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号；

波形编译以及数模转换装置，用于生成第一模拟控制信号，第一模拟控制信号为由预设编译的数字信号转换的模拟信号；

可变增益装置，接收并根据所述第一模拟控制信号恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号，所述第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；所述第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值保持在同一量级的传感信号，所述第一低频干扰信号是通过恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的；

滤波装置，用于消除第二信号中的第一低频干扰信号，以生成包括第二传感信号的信号；以及，

时序控制装置，用于控制所述探测装置和所述波形编译以及数模转换装置的工作状态保持同步。

根据本发明的一种实施例，所述光纤传感信号预处理装置还包括：