本發(fā)明涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，提出了一種stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力工業(yè)、土木工程、石油化工、通信工程、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)展速度不斷加快，大型基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量與規(guī)模日益增加，其建設(shè)總量已超世界其他國家的總和，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保障民生方面，這些設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行健康狀態(tài)監(jiān)測并進(jìn)行及時(shí)維護(hù)是非常必要的。

2、近年來，光纖傳感技術(shù)越來越多地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，通過利用光纖材料對(duì)光波的非線性散射特性，分布式光纖傳感技術(shù)可以精準(zhǔn)測量光纖沿線上每個(gè)位置的溫度和應(yīng)力信息。分布式光纖傳感技術(shù)還具有傳感光纖占地面積小、可鋪設(shè)距離長、特種光纖耐高溫、抗電磁性好等優(yōu)點(diǎn)，因此，分布式光纖傳感技術(shù)受到了研究人員的廣泛關(guān)注和研究，其中，分布式布里淵光纖傳感技術(shù)能夠?qū)囟群蛻?yīng)變進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，并且檢測精度較高，非常適合用于大型基礎(chǔ)設(shè)施工程的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測。

3、布里淵光時(shí)域反射（botdr）傳感系統(tǒng)是一種典型的分布式光纖傳感系統(tǒng)，基于自發(fā)布里淵散射光的頻移量與溫變和應(yīng)變的線性關(guān)系，botdr傳感系統(tǒng)使用單端入射光檢測的便捷結(jié)構(gòu)，對(duì)光纖沿線上的溫度和應(yīng)力信息進(jìn)行長距離測量。降低了測量的復(fù)雜程度以及系統(tǒng)的應(yīng)用成本，而且當(dāng)工程施工現(xiàn)場光纖出現(xiàn)斷裂時(shí)，botdr系統(tǒng)仍能進(jìn)行有效檢測，避免了使用雙端成環(huán)結(jié)構(gòu)的布里淵光時(shí)域分析（botda）傳感系統(tǒng)時(shí)，一旦光纖斷裂則無法使用的弊端，使得botdr系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中更加方便。

4、botdr傳感系統(tǒng)的原理為：將脈沖光射入光纖，由于聲波的作用，脈沖光會(huì)在光纖中產(chǎn)生布里淵斯托克斯光和布里淵反斯托克斯光，光纖溫度或應(yīng)力的變化會(huì)改變光纖特性，進(jìn)而改變斯托克斯和反斯托克斯光的頻率。通過解調(diào)溫度或應(yīng)力改變前后斯托克斯或反斯托克斯光的頻移，即可得到外界溫度或者應(yīng)力改變的大小。但是由于脈沖功率和解調(diào)算法等方面的限制，botdr傳感系統(tǒng)的檢測精度有限，很難檢測到微小的溫度或者應(yīng)力變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本公開的目的在于提供一種stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，用于進(jìn)行botdr系統(tǒng)中的微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別。

2、本公開的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，包括：

4、將botdr系統(tǒng)采集到光纖沿線的散射光時(shí)域信號(hào)進(jìn)行stft處理，得到光纖沿線的布里淵增益譜；

5、將光纖沿線相鄰兩點(diǎn)的布里淵增益譜均相減，得到差譜線；

6、識(shí)別差譜線的波動(dòng)情況，若發(fā)現(xiàn)差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象，則將此時(shí)差譜線對(duì)應(yīng)的位置作為光纖發(fā)生頻移的位置。

7、進(jìn)一步地，將botdr系統(tǒng)采集到的散射光時(shí)域信號(hào)進(jìn)行stft處理，得到光纖沿線的布里淵增益譜，包括：選擇小于窗長的滑窗間距，對(duì)整段散射光時(shí)域信號(hào)進(jìn)行滑窗處理之后，得到的所有布里淵增益譜信號(hào)就構(gòu)成了光纖沿線的布里淵增益譜。

8、進(jìn)一步地，差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象，包括：對(duì)差譜線求均方根誤差，若均方根誤差大于閾值，則認(rèn)為差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象。

9、進(jìn)一步地，閾值為0.05dbm。

10、進(jìn)一步地，微弱頻移信號(hào)的刺激源包括溫變或應(yīng)變。

11、進(jìn)一步地，微弱頻移信號(hào)的微弱頻移為大小與stft-botdr測量精度相近的頻移，系統(tǒng)測量精度由系統(tǒng)參數(shù)與平均次數(shù)決定。

12、本公開的有益效果：

13、本發(fā)明中通過對(duì)光纖沿線上連續(xù)兩點(diǎn)的布里淵增益譜的差譜線求均方根誤差，判斷光纖沿線上是否有溫變或應(yīng)變發(fā)生，并且能夠不受botdr系統(tǒng)檢測精度的限制，識(shí)別光纖沿線上的微弱的溫變或者應(yīng)變的發(fā)生區(qū)域；

14、本發(fā)明通過對(duì)光纖沿線上相鄰兩點(diǎn)的bgs差譜線求均方根誤差的方法，在不增加昂貴器件和算法復(fù)雜性的前提下，識(shí)別微弱頻移信號(hào)位置，從而檢測到微小的溫度或者應(yīng)力變化的區(qū)域。

技術(shù)特征：

1.一種stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，其特征在于，將botdr系統(tǒng)采集到的散射光時(shí)域信號(hào)進(jìn)行stft處理，得到光纖沿線的布里淵增益譜，包括：選擇小于窗長的滑窗間距，對(duì)整段散射光時(shí)域信號(hào)進(jìn)行滑窗處理之后，得到布里淵增益譜信號(hào)，所有布里淵增益譜信號(hào)重疊構(gòu)成光纖沿線的布里淵增益譜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，其特征在于，差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象，包括：對(duì)差譜線求均方根誤差，若均方根誤差大于閾值，則認(rèn)為差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，其特征在于，閾值為0.05dbm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的stft-botdr系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，其特征在于，微弱頻移信號(hào)的刺激源包括溫變或應(yīng)變。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種STFT?BOTDR系統(tǒng)中微弱頻移信號(hào)位置識(shí)別方法，涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，主要是通過光纖沿線上相鄰兩點(diǎn)的布里淵增益譜譜線相減，得到差譜線，若發(fā)現(xiàn)差譜線存在發(fā)生明顯的起伏現(xiàn)象，則將此時(shí)差譜線對(duì)應(yīng)的位置作為光纖發(fā)生頻移的位置。本發(fā)明通過對(duì)光纖沿線上相鄰兩點(diǎn)的BGS差譜線求均方根誤差的方法，在不增加昂貴器件和算法復(fù)雜性的前提下，識(shí)別微弱頻移信號(hào)位置，從而檢測到微小的溫度或者應(yīng)力變化的區(qū)域。

技術(shù)研發(fā)人員：劉鑫煜,高波,付林林,王笑微,朱海軍,劉江濤,鐘振濤,李擁政,郭林峰,徐小敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9