[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

说明书

本发明公开了一种基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法及其装置，该方法包括：获取光频域反射仪输出的时域信号，时域信号分为参考信号和测试信号，传感光纤为增强强度倍数为a的后向散射增强光纤；分别对参考信号和测试信号进行傅里叶变换、取窗口、幅值划分、确定数据段长度后得到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传感光纤的应变分布。本发明能够实现对应变的快速解调，改善系统实时性。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法及装置。

背景技术

光纤应变传感器具有灵敏度高、动态范围大和抗电磁干扰等优点，在结构健康监测和形状传感等方面取得了巨大进展，并已经展现出优秀的应用前景。基于瑞利散射的光频域反射仪(OFDR)是一种高分辨率的光纤测量技术，其具有高达厘米甚至毫米级的空间分辨率和高测量精度。在基于OFDR技术的应变解调过程中，应变传感分辨率、精度和测量动态范围严重依赖于瑞利后向散射(RBS)信号的强度。通常，单模光纤中RBS的强度很弱，这使得单模光纤的信噪比一般比较低。利用后向散射增强光纤来提高OFDR系统中的RBS信号信噪比，以此来同时实现OFDR系统的高空间分辨率和大应变测量范围。

然而，无论是使用标准的单模光纤还是后向散射增强光纤，在基于OFDR技术的应变解调过程中，其涉及的数据多，计算量大，导致应变解调速度慢。因此，如何提高基于OFDR技术的应变解调速度是目前重要的研究方向。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法及装置，其目的在于提高基于OFDR技术的应变解调速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于后向散射增强光纤的快速OFDR应变测量方法，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。