[发明专利]基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，包括：

获取光频域反射仪输出的时域信号，所述时域信号分为未向传感光纤施加应变得到的参考信号和所述传感光纤在实际环境中得到的测试信号，所述传感光纤为增强强度倍数为a的后向散射增强光纤；

分别基于所述参考信号和测试信号进行特征提取，得到所述传感光纤的不同窗口位置的参考局部特征数据段和测试局部特征数据段；

对同一窗口位置的参考局部特征数据段和测试局部特征数据段进行匹配计算，得到对应窗口位置处的参考信号和测试信号的波长偏移量；

基于不同窗口位置处的波长偏移量计算所述传感光纤的应变分布；

其中，进行特征提取的过程包括：

对所选的时域信号做傅里叶变换处理，得到光频域信号；

将所述光频域信号转换为距离域信号；

对所述距离域信号滑动窗口以截取所述传感光纤在对应窗口位置处的距离域窗口信号；

对所述距离域窗口信号做短时傅里叶变换，得到光波长域窗口信号；

对光波长域窗口信号的幅值进行归一化处理，得到光波长域归一化窗口信号；

将所述光波长域归一化窗口信号的幅值分为a等分，形成a个幅值区间；

统计后a-1个幅值区间的总分布频点数，作为数据段长度M；

以光波长域归一化窗口信号的幅值最高峰为中心，截取M个频点，形成对应的局部特征数据段。

2.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，以频点数表示所述窗口的长度，另窗口的长度为h，在截取长度为h的距离域信号后，通过末端补零的方式将长度为h的窗口大小扩展至N，得到最终的距离域窗口信号，其中，h的范围为200h2000，N的范围为1000N20000。

3.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，定义参考局部特征数据段的长度为M_ref、测试局部特征数据段的长度为M_test，计算同一窗口位置处的参考信号和测试信号的波长偏移量的过程包括：

当M_ref≠M_test时，对长度较小的局部特征数据段的末端补零以使参考局部特征数据段和测试局部特征数据段的长度相等；

对参考局部特征数据段和测试局部特征数据段做互相关处理，计算互相关的峰值对应的偏移频点数d₁，并计算出对应的波长偏移量ws₁；

计算参考局部特征数据段最高峰和测试局部特征数据段最高峰之间的偏移频点数d₂，并计算出对应的波长偏移量ws₂；

对波长偏移量ws₁和波长偏移量ws₂相加，得到当前窗口位置处的参考信号和测试信号的波长偏移量。

4.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，根据偏移频点数d计算波长偏移量ws的计算公式为：

其中，ΔF为扫频范围，N为距离域窗口信号的频点数。

5.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，后向散射增强光纤为具有周期性后向散射增强的单模光纤。

6.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，增强强度倍数a的范围为10a30。

7.如权利要求1所述的基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，其特征在于，将所述光频域信号转换为距离域信号的转换关系为：

其中，z为距离，f表示拍频频率，c为光速，n为所述传感光纤的折射率，γ为所述光频域反射仪中的激光器的扫频速率。