一種脈沖光的光纖布里淵譜擬合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脈沖光的光纖布里淵譜擬合方法,屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖傳感技術(shù)由于具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、設(shè)備易于安裝、絕緣性好、靈敏度高 等優(yōu)點(diǎn),在電力、建筑、土木工程等領(lǐng)域受到了越來(lái)越多的重視。布里淵光時(shí)域反射計(jì) (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry,BOTDR)通過(guò)測(cè)量入射光脈沖在光纖中 的自發(fā)布里淵散射光譜的中心頻移來(lái)進(jìn)行溫度和應(yīng)變的測(cè)量。光纖中的自發(fā)布里淵散射光 分為斯托克斯光和反斯托克斯光,本發(fā)明中所述布里淵譜表示斯托克斯光或反斯托克斯光 中任何一種與光源外差檢測(cè)的信號(hào)功率譜。在連續(xù)單頻光的入射下,自發(fā)布里淵散射的斯 托克斯光譜和反斯托克斯光譜均呈洛侖茲函數(shù)分布,斯托克斯光譜的中心頻率比入射光頻 率低f B,反斯托克斯光譜的中心頻率比入射光頻率高fB,fB被稱(chēng)為布里淵頻移,其與光纖散 射點(diǎn)處的溫度和應(yīng)變均呈線性關(guān)系,因此,測(cè)量出f B,即可測(cè)量出光纖散射點(diǎn)處的溫度或應(yīng) 變。B0TDR技術(shù)采用脈沖光為入射光,脈沖光在光纖中行進(jìn)過(guò)程中,不斷產(chǎn)生后向自發(fā)布里 淵散射,B0TDR利用光時(shí)域反射原理,通過(guò)檢測(cè)布里淵頻移f B沿光纖的分布,即可測(cè)量出沿 光纖的溫度或應(yīng)變分布。因此檢測(cè)布里淵頻移4為B0TDR的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 目前,對(duì)光纖布里淵頻移fB的檢測(cè),是通過(guò)對(duì)布里淵譜進(jìn)行洛侖茲函數(shù)擬合得到 的。即通過(guò)等間隔頻率掃描,測(cè)量出布里淵譜采樣值,再用洛侖茲函數(shù)對(duì)測(cè)量出的頻域采樣 值進(jìn)行擬合,擬合出的洛侖茲函數(shù)中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率即為布里淵頻移f B。該方法簡(jiǎn)單,易于 實(shí)現(xiàn),因此得到普遍應(yīng)用。但該方法應(yīng)用于脈沖光的光纖布里淵譜擬合時(shí),存在擬合精度差 的問(wèn)題,雖然單頻(或窄線寬)連續(xù)光的自發(fā)布里淵譜為洛侖茲函數(shù)分布,但脈沖光的布里 淵譜并不是洛侖茲函數(shù)分布,原因在于脈沖光的頻譜相對(duì)于連續(xù)光來(lái)說(shuō)被展寬,實(shí)際得到 的布里淵譜也就相應(yīng)被展寬。因此簡(jiǎn)單地采用洛侖茲擬合并不能獲得高精度的擬合結(jié)果, 也就不能得到布里淵頻移f B以及光纖溫度或應(yīng)變的高精度檢測(cè)結(jié)果。另外洛倫茲擬合僅 能獲得布里淵頻移,不能獲得光纖中的聲波衰減系數(shù)和散射脈沖光的相干時(shí)間參數(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端,提出一種針對(duì)脈沖光的光纖布里淵譜擬 合方法,在提高布里淵譜的擬合精度的情況下,可同時(shí)獲得光纖中的聲波衰減系數(shù)、布里淵 頻移和散射脈沖光的相干時(shí)間三個(gè)參數(shù)。
[0005] 本發(fā)明所述問(wèn)題是由以下述技術(shù)方案解決的:
[0006] 1.采用布里淵光時(shí)域反射計(jì)(B0TDR)傳感測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得傳感光纖的布里淵譜頻 域采樣值{(f k,Sk),k = 1,2-N},N為采樣點(diǎn)數(shù),fk為布里淵譜的掃描檢測(cè)頻點(diǎn),S k為對(duì)應(yīng) 頻點(diǎn)fk處的布里淵譜采樣值,采樣頻率范圍(A f = fN-f\)至少為3倍的布里淵譜半值全 寬(即3dB帶寬),并使布里淵譜峰值頻率位于采樣頻率范圍中心區(qū)域,確保采樣值包含有 一個(gè)完整的3dB帶寬布里淵譜樣值。
[0007] 2.對(duì)所測(cè)布里淵譜采樣值{(fk,Sk),k= 1,2 - N}采用如下⑴式函數(shù)進(jìn)行擬合,
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種脈沖光的光纖布里淵譜擬合方法,其特征是,所述方法包括以下步驟: 步驟A :采用布里淵光時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)傳感測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得傳感光纖的布里淵譜頻 域采樣值{(fk,Sk),k = 1,2···Ν},N為采樣點(diǎn)數(shù),fk為布里淵譜的掃描檢測(cè)頻點(diǎn),S k為對(duì)應(yīng) 頻點(diǎn)fk處的布里淵譜樣值,采樣頻率范圍(Δ?· = fN-f\)至少為3倍的布里淵譜半值全寬 (即3dB帶寬),并使布里淵譜峰值頻率位于采樣頻率范圍中心區(qū)域,確保采樣值包含有一 個(gè)完整的3dB帶寬布里淵譜樣值; 步驟B:對(duì)所測(cè)布里淵譜采樣值{(fk,Sk),k= 1,2…N}采用下式函數(shù)進(jìn)行擬合,
其中,Α、Γ、&和T為待擬合參量,A為幅度系數(shù)、Γ為聲子衰減系數(shù)、fB為布里淵頻 移,T為散射脈沖光的相干時(shí)間,f為布里淵散射的斯托克斯光或反斯托克斯光與光源頻率 之差;上式右邊第一項(xiàng)為洛侖茲函數(shù),上式右邊第二、三項(xiàng)為脈沖光帶來(lái)的光譜展寬部分; 可應(yīng)用Levenberg-Marquardt算法或其它數(shù)值擬合算法進(jìn)行擬合; 步驟C :將擬合完成后所得到的Α、Γ、&和T的值代入上式,該式即為脈沖光的布里淵 譜,Γ、f#P T的值分別為所測(cè)得的光纖中的聲子衰減系數(shù)、布里淵頻移和散射脈沖光的相 干時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種脈沖光的光纖布里淵譜擬合方法,其特征在于,所述布里 淵譜采樣值Kfk,S k),k= 1,2…N}是由布里淵光時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)系統(tǒng)采用外差方式 檢測(cè)的;檢測(cè)時(shí),首先對(duì)脈沖光的自發(fā)布里淵散射斯托克斯光或反斯托克斯光與光源進(jìn)行 外差檢測(cè),然后對(duì)外差檢測(cè)之后的電信號(hào)中各f k頻率分量的功率進(jìn)行檢測(cè),得到布里淵譜 采樣值 Kfk,Sk),k= 1,2…N}。
【專(zhuān)利摘要】一種脈沖光的光纖布里淵譜擬合方法,采用布里淵光時(shí)域反射計(jì)傳感測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得傳感光纖的布里淵譜頻域采樣值;對(duì)所測(cè)布里淵譜采樣值{, k =1,2…N}采用如下(1)式函數(shù)進(jìn)行擬合,。本發(fā)明可提高布里淵頻移的檢測(cè)精度,可同時(shí)獲得光纖中聲子衰減系數(shù)、光纖布里淵頻移及光纖的散射脈沖光的相干時(shí)間三個(gè)參數(shù)。
【IPC分類(lèi)】G01D5-353
【公開(kāi)號(hào)】CN104535094
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510020266
【發(fā)明人】楊志, 李永倩, 尚秋峰, 趙麗娟
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)(保定)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月14日