分布式光纖振動傳感系統(tǒng)采樣控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其涉及一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)采樣控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著分布式光纖振動傳感技術(shù)的逐步完善，分布式光纖振動傳感系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著應(yīng)用的深入，現(xiàn)有系統(tǒng)的一些缺陷也逐漸曝露了出來，其中一種較為顯著的缺陷是，系統(tǒng)可探測頻率的上限需要受傳感光纖長度限制，造成這一問題的原因是:現(xiàn)有的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)通常采用均勻采樣模式來進(jìn)行振動檢測，即以固定的重復(fù)頻率向傳感光纖注入脈沖光，基于現(xiàn)有理論可知，采用均勻采樣模式時，系統(tǒng)可探測頻率須滿足奈奎斯特頻率條件(即系統(tǒng)可探測頻率須小于或等于fs的l/2，fs為由傳感光纖長度決定的脈沖最大可重復(fù)頻率)，否則就會導(dǎo)致混疊頻率的出現(xiàn)，從而使真實信號被混疊頻率所掩蓋，無法獲取到有效的信息，而在實際應(yīng)用中，傳感光纖的長度隨著應(yīng)用需求不斷增大，導(dǎo)致fs的數(shù)值不斷縮減，這就使得系統(tǒng)可探測頻率被進(jìn)一步降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法對諸如管道泄露、材料斷裂等高頻振動信號進(jìn)行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)采樣控制方法，所述分布式光纖振動傳感系統(tǒng)由光源、電光調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、三端口環(huán)形器、傳感光纖、光電探測器和數(shù)據(jù)采集卡組成;所述光源與電光調(diào)制器的輸入端光路連接，電光調(diào)制器的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器的輸出端與三端口環(huán)形器的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖的一端光路連接，三端口環(huán)形器的輸出端與光電探測器的輸入端光路連接，光電探測器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡電氣連接，脈沖發(fā)生器的信號輸出端與電光調(diào)制器的信號輸入端電氣連接，傳感光纖布設(shè)于監(jiān)測空間內(nèi)；所述光源用于提供檢測光，所述電光調(diào)制器能根據(jù)脈沖發(fā)生器提供的脈沖信號將檢測光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器能對電光調(diào)制器輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后的脈沖光通過三端口環(huán)形器的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖內(nèi)并在傳感光纖內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過三端口環(huán)形器的輸出端輸出至光電探測器，數(shù)據(jù)采集卡能對光電探測器的輸出信號進(jìn)行采集；當(dāng)有外部振動加載在傳感光纖上時，振動位置處的后向瑞利散射光幅值就會發(fā)生變化，對數(shù)據(jù)采集卡采集到的時域信號進(jìn)行處理，從而提取出振動的頻率信息；前述的內(nèi)容即為現(xiàn)有技術(shù)中典型的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)及其工作原理;本發(fā)明的創(chuàng)新在于:所述采樣控制方法包括:
在一個采樣周期內(nèi)，將多個脈沖光組逐個注入傳感光纖內(nèi)，單個脈沖光組包含多個脈沖光，多個脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個采樣周期結(jié)束后，對本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動的頻率信息。
[0004]本發(fā)明的原理是:本發(fā)明中的脈沖光注入方式使得檢測信號為一組時域為非均勻周期分布的脈沖光信號，采樣時間間隔是非均勻周期分布的，這些頻率成分之間沒有相關(guān)性，在這種情況下，當(dāng)系統(tǒng)可探測頻率大于f s的1/2時，即使存在混疊頻率，混疊頻率也會十分分散，不會出現(xiàn)大量幅值重疊的情況，從而使整個頻率段內(nèi)除了信號頻率外沒有占優(yōu)勢的頻率成分，這就大大的擴展了系統(tǒng)可探測頻率的上限，解除傳感光纖長度對系統(tǒng)可探測頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對高頻信號進(jìn)行檢測。
[0005]優(yōu)選地，所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為OV。
[0006]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:解除傳感光纖長度對系統(tǒng)可探測頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對高頻信號進(jìn)行檢測。
【附圖說明】
[0007]圖1、典型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)原理示意圖；
圖中各個標(biāo)記所對應(yīng)的名稱分別為:光源1、電光調(diào)制器2、脈沖發(fā)生器3、摻鉺光纖放大器4、三端口環(huán)形器5、傳感光纖6、光電探測器7、數(shù)據(jù)采集卡8。
【具體實施方式】
[0008]—種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)米樣控制方法，所述分布式光纖振動傳感系統(tǒng)由光源1、電光調(diào)制器2、脈沖發(fā)生器3、摻鉺光纖放大器4、三端口環(huán)形器5、傳感光纖6、光電探測器7和數(shù)據(jù)采集卡8組成;所述光源I與電光調(diào)制器2的輸入端光路連接，電光調(diào)制器2的輸出端與摻鉺光纖放大器4的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器4的輸出端與三端口環(huán)形器5的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器5的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖6的一端光路連接，三端口環(huán)形器5的輸出端與光電探測器7的輸入端光路連接，光電探測器7的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡8電氣連接，脈沖發(fā)生器3的信號輸出端與電光調(diào)制器2的信號輸入端電氣連接，傳感光纖6布設(shè)于監(jiān)測空間內(nèi)；所述光源I用于提供檢測光，所述電光調(diào)制器2能根據(jù)脈沖發(fā)生器3提供的脈沖信號將檢測光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器4能對電光調(diào)制器2輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器4放大后的脈沖光通過三端口環(huán)形器5的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖6內(nèi)并在傳感光纖6內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過三端口環(huán)形器5的輸出端輸出至光電探測器7，數(shù)據(jù)采集卡8能對光電探測器7的輸出信號進(jìn)行采集；當(dāng)有外部振動加載在傳感光纖6上時，振動位置處的后向瑞利散射光幅值就會發(fā)生變化，對數(shù)據(jù)采集卡8采集到的時域信號進(jìn)行處理，從而提取出振動的頻率信息；
其創(chuàng)新在于:所述采樣控制方法包括:
在一個采樣周期內(nèi)，將多個脈沖光組逐個注入傳感光纖6內(nèi)，單個脈沖光組包含多個脈沖光，多個脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個采樣周期結(jié)束后，對本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡8的輸出信號進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動的頻率信息。具體實施時，非均勻傅立葉變換處理按現(xiàn)有的非均勻傅立葉變換的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行。
[0009]進(jìn)一步地，所述脈沖發(fā)生器3輸出的脈沖信號的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為ον。
【主權(quán)項】
1.一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)米樣控制方法，所述分布式光纖振動傳感系統(tǒng)由光源(1)、電光調(diào)制器(2)、脈沖發(fā)生器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、三端口環(huán)形器(5)、傳感光纖(6)、光電探測器(7)和數(shù)據(jù)采集卡(8)組成;所述光源(I)與電光調(diào)制器(2)的輸入端光路連接，電光調(diào)制器(2 )的輸出端與摻鉺光纖放大器(4 )的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器(4 )的輸出端與三端口環(huán)形器(5)的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器(5)的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖(6)的一端光路連接，三端口環(huán)形器(5)的輸出端與光電探測器(7)的輸入端光路連接，光電探測器(7)的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(8)電氣連接，脈沖發(fā)生器(3)的信號輸出端與電光調(diào)制器(2)的信號輸入端電氣連接，傳感光纖(6)布設(shè)于監(jiān)測空間內(nèi)；所述光源(I)用于提供檢測光，所述電光調(diào)制器(2)能根據(jù)脈沖發(fā)生器(3)提供的脈沖信號將檢測光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器(4)能對電光調(diào)制器(2)輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器(4)放大后的脈沖光通過三端口環(huán)形器(5)的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖(6)內(nèi)并在傳感光纖(6 )內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過三端口環(huán)形器(5 )的輸出端輸出至光電探測器(7)，數(shù)據(jù)采集卡(8)能對光電探測器(7)的輸出信號進(jìn)行采集;當(dāng)有外部振動加載在傳感光纖(6)上時，振動位置處的后向瑞利散射光幅值就會發(fā)生變化，對數(shù)據(jù)采集卡(8)采集到的時域信號進(jìn)行處理，從而提取出振動的頻率信息； 其特征在于:所述采樣控制方法包括: 在一個采樣周期內(nèi)，將多個脈沖光組逐個注入傳感光纖(6)內(nèi)，單個脈沖光組包含多個脈沖光，多個脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個采樣周期結(jié)束后，對本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡(8)的輸出信號進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動的頻率信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)采樣控制方法，其特征在于:所述脈沖發(fā)生器(3)輸出的脈沖信號的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為0V。
【專利摘要】一種分布式光纖振動傳感系統(tǒng)采樣控制方法，其創(chuàng)新在于：向分布式光纖振動傳感系統(tǒng)提供非均勻周期分布的脈沖光信號并進(jìn)行采樣；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：解除傳感光纖長度對系統(tǒng)可探測頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對高頻信號進(jìn)行檢測。
【IPC分類】G01H9/00
【公開號】CN105547459
【申請?zhí)枴緾N201610030181
【發(fā)明人】朱濤, 何茜
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月18日