專利名稱：多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖分布式擾動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感器由于其高靈敏度、體積小、重量輕、本質(zhì)安全、電絕緣性、抗電磁干擾、 相對(duì)成本低、多功能性、可靠性高、硬件匹配光纖通信接口、易于組網(wǎng)、特別是可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)良特性，在工業(yè)、民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其中，光纖分布式擾動(dòng)傳感器在周界安防、油氣管線監(jiān)測(cè)、大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和通信線路監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要意義。光纖分布式擾動(dòng)傳感器可以對(duì)傳感光纖上任意一點(diǎn)處的擾動(dòng)(時(shí)變信號(hào))進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到擾動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形，根據(jù)擾動(dòng)事件性質(zhì)進(jìn)行判斷，給出報(bào)警信息，同時(shí)給出擾動(dòng)事件發(fā)生的空間位置信息。目前，根據(jù)不同的工作原理，光纖分布式傳感器可以分為干涉儀型、光纖光柵型、 光時(shí)域反射計(jì)型，光頻域反射計(jì)型以及強(qiáng)度調(diào)制型等傳感技術(shù)。光纖光柵型分布式傳感器采用光纖光柵作為敏感元件，在一定長(zhǎng)度的間隔之間鋪設(shè)光纖光柵，通過(guò)復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式傳感，因此，光纖光柵型分布式擾動(dòng)傳感器的空間分辨率具有不連續(xù)性，且受到光纖光柵空間分布間隔的限制。同時(shí)，光纖光柵的集成基于波長(zhǎng)復(fù)用，在一根光纖上可以復(fù)用的光纖光柵數(shù)量受到波長(zhǎng)區(qū)間的限制，其測(cè)量長(zhǎng)度的增加需要以增大光纖光柵間隔即降低空間分辨率為代價(jià)。除了空間分辨率和測(cè)量長(zhǎng)度間的矛盾夕卜，光纖光柵型分布式傳感器的成本也限制了其作為分布式擾動(dòng)傳感器在大范圍環(huán)境中的應(yīng)用。光時(shí)域反射計(jì)型分布式傳感器可以用來(lái)檢測(cè)外界環(huán)境中溫度或壓力的變化，但其響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于外界擾動(dòng)的實(shí)時(shí)定位比較困難，不能應(yīng)用于對(duì)時(shí)變信號(hào)的分布式傳感， 因此限制了其作為分布式擾動(dòng)傳感器的應(yīng)用。光頻域反射計(jì)型分布式傳感器，基于非線性光學(xué)效應(yīng)、布里淵或拉曼散射，可以對(duì)外界的溫度和壓力進(jìn)行傳感，但其傳感信號(hào)相對(duì)微弱，使得信號(hào)的檢測(cè)和解調(diào)相對(duì)困難，同時(shí)其器件成本也相對(duì)較高，限制了其在長(zhǎng)距離擾動(dòng)傳感中的應(yīng)用。強(qiáng)度調(diào)制型傳感器基于單模光纖和多模光纖中的模式耦合機(jī)理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的分布式傳感，但其靈敏度和精度較低，為了能夠在實(shí)際中應(yīng)用還需進(jìn)一步解決增敏和提高精度的問(wèn)題。綜上，在光纖分布式傳感器中，干涉儀型分布式傳感器具有實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、硬件成本低、適于長(zhǎng)距離傳感等優(yōu)良特性，已經(jīng)成為光纖分布式擾動(dòng)傳感器的主要技術(shù)方案。目前，干涉儀型分布式光纖擾動(dòng)傳感器的理論方案主要包括薩格奈克+馬赫-澤德型、薩格奈克+邁克爾遜型、雙薩格奈克型、雙馬赫-澤德型、單薩格奈克型等。將薩格奈克干涉儀和馬赫-澤德干涉儀或邁克爾遜干涉儀結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單點(diǎn)擾動(dòng)位置信息的提取，實(shí)現(xiàn)分布式擾動(dòng)傳感。但該類光纖分布式傳感器的缺點(diǎn)在于在薩格奈克干涉儀中為了抑制干涉噪聲，需要采用寬譜光源；但是在馬赫-澤德或邁克爾遜干涉儀中，由于兩個(gè)干涉臂光程差的存在，只能使用窄帶光源，因此光源選擇上的矛盾限制了其性能的提高以及實(shí)用化。為了在時(shí)域中實(shí)現(xiàn)薩格奈克干涉儀對(duì)時(shí)變擾動(dòng)的定位，也可以通過(guò)兩個(gè)薩格奈克干涉儀、或同時(shí)具有兩個(gè)工作波長(zhǎng)的一個(gè)薩格奈克干涉儀、或同時(shí)工作在兩個(gè)調(diào)制頻率的一個(gè)薩格奈克干涉儀。但是在此類方案中，需要采用兩個(gè)光源、探測(cè)器、且需要波分復(fù)用器和不同頻率的調(diào)制器等器件，增加了系統(tǒng)的硬件成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，降低了傳感器的實(shí)用性。其中，基于雙波長(zhǎng)薩格奈克干涉儀型的光纖分布式擾動(dòng)傳感器可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)擾動(dòng)定位，但由于器件的不理想等因素，使得多點(diǎn)擾動(dòng)的定位精度和應(yīng)用范圍受到了很大的限制。雙馬赫-澤德型光纖分布式傳感器光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件成本低，但信號(hào)衰落和偏振衰落都較大，且激光器的頻率噪聲會(huì)通過(guò)干涉儀臂長(zhǎng)差轉(zhuǎn)化為相位噪聲從而產(chǎn)生強(qiáng)度噪聲，同時(shí)，所用到的光源要求有較高的相干性，成本較高。在多位置(多點(diǎn))同時(shí)擾動(dòng)的情況下，無(wú)法給出擾動(dòng)位置的準(zhǔn)確定位，降低了傳感器的實(shí)用性能。相比之下，單薩格奈克型光纖分布式傳感器體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢(shì)。由于薩格奈克干涉儀為零光程差，因此不存在兩傳感臂長(zhǎng)度不一致引起的噪聲，不存在信號(hào)衰落，且偏振衰落很小。它對(duì)光源相干性要求低，且由于光路結(jié)構(gòu)的互易性，可以避開(kāi)長(zhǎng)距離應(yīng)用中的散射引起的擾動(dòng)定位誤差甚至定位失效的問(wèn)題。通過(guò)使用高功率的寬帶光源，該傳感器可以適用于長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)擾動(dòng)。通過(guò)對(duì)單薩格奈克型光纖分布式擾動(dòng)傳感器接收到的擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理、三角運(yùn)算和頻譜分析等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)同時(shí)擾動(dòng)的定位。但是，現(xiàn)有的單薩格奈克型光纖分布式擾動(dòng)傳感器的定位方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)擾動(dòng)定位的功能。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低，且實(shí)用性強(qiáng)的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法。(二)技術(shù)方案為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，該方法包括步驟Si.對(duì)探測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取所述信號(hào)的相位信息；S2.對(duì)步驟Sl得到的相位信息進(jìn)行頻域幅值譜分析以及相位譜分析，提取各頻率成分下的幅值和相位信息，還原擾動(dòng)信號(hào)的位置。優(yōu)選地，步驟Sl中的預(yù)處理進(jìn)一步包括步驟Si. 1濾除所述信號(hào)的直流項(xiàng)；Si. 2通過(guò)抗偏振衰落方法以及光功率穩(wěn)定控制方法消除所述信號(hào)的可見(jiàn)度變化；Si. 3通過(guò)求取峰峰值的方法求取步驟Si. 2處理后的兩個(gè)干涉信號(hào)的光強(qiáng)信息；Si. 4從所述光強(qiáng)信息中提取相位信息。優(yōu)選地，步驟Sl中的預(yù)處理進(jìn)一步包括步驟Si. 1濾除所述信號(hào)的直流項(xiàng)；
Si. 2通過(guò)分段求取峰峰值的方法求取所述信號(hào)的光強(qiáng)信息；Si. 3從所述光強(qiáng)信息中提取相位信息。優(yōu)選地，在步驟Si. 1之后、Si. 2之前還包括步驟Si. 11對(duì)步驟Si. 1處理后的信號(hào)進(jìn)行放大以及濾波處理。優(yōu)選地，在步驟Si. 3中，提取相位信息的方法為三角函數(shù)相位提取方法或相位產(chǎn)生載波調(diào)制。優(yōu)選地，提取到的相位信息為···
權(quán)利要求
1.一種多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，該方法包括步驟s1.對(duì)探測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取所述信號(hào)的相位信息；s2.對(duì)步驟Sl得到的相位信息進(jìn)行頻域幅值譜分析以及相位譜分析，提取各頻率成分下的幅值和相位信息，還原擾動(dòng)信號(hào)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，步驟Sl中的預(yù)處理進(jìn)一步包括步驟S1. 1濾除所述信號(hào)的直流項(xiàng)；S1. 2通過(guò)抗偏振衰落方法以及光功率穩(wěn)定控制方法消除所述信號(hào)的可見(jiàn)度變化；S1. 3通過(guò)求取峰峰值的方法求取步驟Si. 2處理后的兩個(gè)干涉信號(hào)的光強(qiáng)信息；S1. 4從所述光強(qiáng)信息中提取相位信息。
3.如權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，步驟Sl中的預(yù)處理進(jìn)一步包括步驟S1. 1濾除所述信號(hào)的直流項(xiàng)；S1. 2通過(guò)分段求取峰峰值的方法求取所述信號(hào)的光強(qiáng)信息；S1. 3從所述光強(qiáng)信息中提取相位信息。
4.如權(quán)利要求3所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，在步驟Si.1之后、Si. 2之前還包括步驟S1. 11對(duì)步驟Si. 1處理后的信號(hào)進(jìn)行放大以及濾波處理。
5.如權(quán)利要求3所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，在步驟Si.3中，提取相位信息的方法為三角函數(shù)相位提取方法或相位產(chǎn)生載波調(diào)制。
6.如權(quán)利要求5所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，提取到的相位信息為
7.如權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，在步驟S2中，提取各頻率成分下的幅值和相位信息后，聯(lián)立不相關(guān)的方程組成的方程組，并求解所述方程組，得到擾動(dòng)信號(hào)的位置。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，其特征在于，該方法基于單薩格奈克型干涉儀的光纖分布式擾動(dòng)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多點(diǎn)擾動(dòng)定位方法，涉及光纖分布式擾動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟S1.對(duì)探測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提取所述信號(hào)的相位信息；S2.對(duì)步驟S1得到的相位信息進(jìn)行頻域幅值譜分析以及相位譜分析，提取各頻率成分下的幅值和相位信息，還原擾動(dòng)信號(hào)的位置。本發(fā)明的方法成本低，且實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102564476SQ201110335350
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者尚靜, 張春熹, 李勤, 李彥, 李立京, 楊德偉, 許文淵, 鐘翔 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)