[发明专利]相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法

摘要

本发明涉及一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法，包括以下步骤：构建多个光脉冲对应的瑞利散射光数字信号矩阵并选取待测信号矩阵、确定系统空间分辨率、迭代进行“待测信号矩阵两端点相位比较‑待测信号矩阵长度与系统空间分辨率比较‑中点分割待测信号矩阵”直至满足一定条件退出本方法。本发明结合相位定位的优势和“二分法”思想，通过区间折半和迭代逼近，用极少的计算和判定，实现分布式光纤传感器中扰动源的精确定位，在保证系统空间高分辨率和稳定性的同时，提高了系统响应速度，且本方法适用于各种相干探测解调的Ф‑OTDR光纤传感系统。

主权项

1.一种相位敏感光时域反射分布式光纤传感系统精确定位方法，其应用的相位敏感光时域反射分布式光纤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)，任意波形发生器(7)，2×2光纤耦合器(8)，平衡光探测器(9)，数据采集卡(10)，计算机(11)；所述的窄线宽激光器(1)经过1×2光纤耦合器(2)分成两路，一路为传感探针光信号经过声光调制器(3)调制为光脉冲，并经过掺铒光纤放大器(4)进行光功率放大，输入光纤环形器(5)的一号端口并由二号端口输出到传感光纤(6)，产生的瑞利背向散射光由二号端口输入并由三号端口输出；1×2光纤耦合器(2)输出的另一路为本地参考光信号与光纤环形器(5)的三号端口输出的传感信号进入2×2光纤耦合器(8)中合波，2×2光纤耦合器(8)两个输出端口与平衡光探测器(9)连接，平衡光探测器(9)进行光电转换并由数据采集卡(10)进行模数转换传递至计算机(11)进行信号处理；其特征在于，后续信号处理包括以下步骤：步骤1：构建信号的数据矩阵：以单个光脉冲对应的数字信号为行向量，多个连续的光脉冲对应的数字信号按光脉冲发射的时间顺序依次作为第1行，第2行，……，第M行，其中M表示光脉冲个数，构建数字信号矩阵D＝[D_i，j]_M×_K，其中，D_i，j表示所述数据采集卡(10)采集到的第i个光脉冲对应传感光纤第j个数据点上的瑞利散射光数字信号值，K表示单个光脉冲对应的数字信号总长度；将数字信号矩阵D上分为多段k列，其中k≤K，长度为l的信号矩阵S＝[S_i，j]_M×_k作为待测数据矩阵；步骤2：确定系统空间分辨率：以光脉冲定义系统空间分辨率L＝c×T/(2×n)，其中，c表示真空中的光速，T表示光脉冲持续时间，n表示光纤折射率；步骤3：利用相位解调算法提取所述的待测数据矩阵S两端列相位和其位置分别用j_Left和j_Right表示；若和相同，则判定其所在区间(j_Left,j_Right)内无扰动，寻找其他未经检测的待测数据矩阵，重复进行步骤3，直至所有待测区间均检测完成；若和不同，则判定其所在区间(j_Left,j_Right)内存在扰动，进行步骤4；步骤4：检查所述的待测数据矩阵S长度l是否小于所述的系统空间分辨率L，若是，则利用S中任意一个位置表示扰动源位置，重复步骤3，否则进行步骤5；步骤5：提取所述的待测数据矩阵S中间位置附近某列相位其位置用j_Middle表示，则将待测数据矩阵S分割成两段区间(j_Left,j_Middle)和(j_Middle,j_Right)，分别以这两个区间作为新的待测数据矩阵S，重复步骤3。