[发明专利]相位敏感光时域反射光纤分布式传感系统相位计算方法

摘要

本发明公开了一种相位敏感光时域反射光纤分布式传感系统相位计算方法，包括以下步骤：采集多次光脉冲对应的拍频数字信号、获得背向散射光相位矩阵Ф、确定外界振动扰动位置Y、在外界振动扰动位置Y之前和之后分别选取无相位扰动的位置X和Z，对其在背向散射光相位矩阵Ф中对应列相位Ф_X和Ф_Z进行相位解卷绕，将相位变化拓展到‑∞~+∞范围；将振动之后位置Z的相位曲线减去振动之前位置X的相位曲线，再除以2，得到外界振动在Y处所引入的相位变化值。本发明的计算方法可以准确获得Ф‑OTDR光纤分布式传感系统中外界振动事件对光脉冲引入的相位变化值，而且，该方法是基于常规的Ф‑OTDR光纤分布式传感系统，无需复杂的算法。

主权项

1.一种相位敏感光时域反射光纤分布式传感系统相位计算方法，所述相位敏感光时域反射光纤分布式振动传感系统，包括窄线宽激光器(1)，1×2光纤耦合器(2)，声光调制器(3)，掺铒光纤放大器(4)，光纤环形器(5)，传感光纤(6)，2×2光纤耦合器(7)，平衡光探测器(8)，数据采集卡(9)，计算机(10)；其中窄线宽激光器(1)，用于产生长相干长度激光；所述窄线宽激光器(1)经过1×2光纤耦合器(2)分成两路，其中一路光信号经过声光调制器(3)调制为移频的光脉冲，再经过掺铒光纤放大器(4)进行光功率放大后通过光纤环形器(5)输入到传感光纤(6)中传输，光脉冲在传感光纤(6)中传输激发的背向散射光沿传感光纤(6)进行背向传输到达光纤环形器(5)；1×2纤耦合器2的另一路光信号与光纤环形器(5)返回的背向散射光分别由两个端口注入到2×2光纤耦合器(7)中传输并相干，2×2光纤耦合器(7)的两个输出端口与平衡光探测器(8)连接，进行光电转换获得背向散射光拍频电信号，经数据采集卡(9)采集得到数字拍频信号输出至计算机(10)计算拍频信号的幅度和相位信息；其特征在于：包括以下步骤：步骤1：所述数据采集卡(9)采集1次以上光脉冲对应的拍频数字信号，基于光时域反射原理，构建拍频数字信号二维矩阵R＝[R_i,j]_MxN，其中，R_i,j表示所述采集卡(9)采集到的第i次光脉冲对应的在传感光纤第j位置上的背向散射光拍频数字信号值；步骤2：采用数字正交解调信号处理方法，由所述拍频数字信号二维矩阵R获得背向散射光相位矩阵Ф；步骤3：确定外界振动扰动位置Y：将背向散射光相位矩阵Ф中相隔k列的两列Ф_m,j和Ф_n,j相减，其中，k可取1～500，获得拍频信号相隔k个采样点的相位差二维矩阵S，其中，S_m,j＝Ф_m,j‑Ф_n,j，以传感光纤位置为横坐标参量，画出矩阵S各行曲线，找出外界振动引入的相位扰动位置Y；步骤4：在所述外界振动扰动位置Y之前和之后分别选取一个无相位扰动的位置X和Z，对X和Z在所述背向散射光相位矩阵Ф中对应列相位Ф_X和Ф_Z进行相位解卷绕，将相位变化拓展到‑∞～+∞范围；步骤5：将振动之后位置Z的相位曲线减去振动之前位置X的相位曲线，再除以2，得到外界振动在Y处所引入的相位变化值。