一種復合原理光纖傳感系統和傳感方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光纖傳感領域，尤其設及一種基于馬赫-曾德干設儀和相位型光時域 反射儀原理的光纖傳感系統和傳感方法。
【背景技術】
[0002] 分布式光纖傳感系統由于其靈敏度高，不受電磁干擾，檢測范圍廣，成本低等特 點，廣泛應用于長距離油氣管道監測及周界安防，建筑結構健康監測等領域，是近數十年的 研究熱點。
[0003] Mach-Zehnder/Sagnac干設儀分布光纖傳感系統，利用檢測兩傳感光路中由外界 擾動所造成的相位差變化，并通過相關時延估計的方法進行定位，能對振動進行良好的感 知。但由于相關時延估計方法本身確定時延的難度性，使得該方法定位精度不高，對振動點 的準確判斷困難重重。
[0004] 基于光時域反射儀（OTDR)技術的分布式光纖傳感系統利用光波在光纖中傳輸時 發生的瑞麗散射現象，在背向檢測瑞利散射光的強度來得到光纖的損耗變化并精確定位光 纖故障點。由于該種技術是對瑞利散射光的強度進行測量，因此其測量靈敏度比較低且僅 能響應靜態損耗的變化。
[0005] 基于相干瑞利散射的O-0TDR(相敏OTDR)技術，通過使用長相干光源，檢測光脈 沖返回光的相干結果，其干設方法能有效實現動態響應，能同時實現高定位精度和高靈敏 度檢測，尤其是對于微弱擾動信號的檢測。但是由于其發射脈沖的頻率受到光纖長度的限 審IJ，其頻率響應非常低，導致無法對振動事件進行有效的識別，誤報率高。
【發明內容】
[0006] 本發明提供了一種復合原理光纖傳感系統和傳感方法，本發明成功結合了 Mach-Zehnder干設儀和相敏OTDR技術，使其同時擁有高定位精度和高頻率響應，能夠很好 地對振動事件進行識別，有效降低誤報率，詳見下文描述：
[0007] 一種復合原理光纖傳感系統，由激光光源、FPGA、EDFA及其濾波器、聲光調制器、光 纖環形器、禪合器、光電探測器、帶通濾波電路、混頻器、上位機和傳感光纖構成，
[000引激光光源產生連續光，經由禪合器分為3部分，一部分為本振光，另兩部分為探測 光，一束探測光經由聲光調制器后從傳感光纖一端注入，另一探測光經由另一聲光調制器 轉換為光脈沖，從傳感光纖的另一端注入；
[0009] 在光電探測器前，本振光、正向探測光、背向散射光相干設，產生拍頻信號，光電探 測器將拍頻信號轉換為電信號，電信號經過帶通濾波電路濾除差頻分量，再經由混頻器實 現拍頻的降低，通過采集卡采集并放大信號，在上位機中，實現不同頻率的調幅解調，分別 得到正向探測信號和背向散射信號。
[0010] 一種用于復合原理光纖傳感系統的傳感方法，所述方法包括W下步驟：
[0011] 對背向散射信號使用改進型移動平均算法和均峰比算法獲取振動位置；
[0012] 對正向探測信號進行分析識別，判定振動種類，降低誤報率。
[0013] 所述對背向散射信號使用改進型移動平均算法和均峰比算法獲取振動位置的步 驟具體為：
[0014] 選取K條跡線、平均次數M和間隔參數n，對第1條到第M條進行平均、第n條到第 M-n+1條進行平均……共得T = int (化-M)/n)+l條平均曲線；
[0015] 抽取時域信號；分別計算各個時域信號的均峰比，通過均峰比獲取振動位置。
[0016] 所述計算各個時域信號的均峰比的步驟具體為：
[0017] 均峰比計算為 Cj= max 100(I tj I)/average。tjl)，其中 maXiooO tj I)表示取 I tjl 最 大100個值的平均值；average (I tj. I)為計算I tj. I的平均值，用w描述光強和噪聲水平；將 均峰比Cj.作為對光纖上K條跡線時間內的綜合評價。
[0018] 本發明提供的技術方案的有益效果是；本系統擁有和相敏OTDR -樣的定位精度， 同時可W獲得振動的高頻細節，進而進行精確的振動類型識別，有效降低系統的誤報率。用 時，系統成功實現光源、傳感光纖、探測器、信號調理等部分的復用，使得系統結構相對簡 單，成本較低。本發明克服了現有系統不能同時兼有高定位精度和高頻率分別率的問題，并 且本發明成功復用如光源、傳感光纖、探測器、信號調理電路等部分，有效簡化了系統結構。 該系統同時具有分布式光纖監檢測系統所特有的分布式、受電磁等外界干擾小等特點，且 安裝方便，可W很好的滿足各種振動檢測和監測應用，尤其是長距離的管道監測與周界安 防等。
【附圖說明】
[0019] 圖1為一種復合原理光纖傳感系統的結構示意圖；
[0020] 圖2 (a)為振動信號時域波形示意圖；
[0021] 圖2(b)為振動信號小波包分解結果示意圖。
[0022] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0023] 1、激光光源； 2、1 ; 99禪合器；
[0024] 3、第一 1 ;1禪合器； 4、80MHz聲光調制器；
[0025] 5U10MHZ聲光調制器； 6、第一邸FA及其濾波器；
[0026] 7、第二邸FA及其濾波器； 8、環形器；
[0027] 9、傳感光纖； 10、第二1 ;1禪合器；
[002引 11、第^邸尸4及其濾波器； 12、光電探測器；
[0029] 13、帶通濾波電路； 14、信號發生器；
[0030] 15、混頻器機； 16、低通濾波電路；
[0031] 17、信號采集調理模塊； 18、上位機；
[0032] 19、FPGA。
【具體實施方式】
[0033] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步 地詳細描述。
[0034] 一種復合原理光纖傳感系統，參見圖1，該復合原理光纖傳感系統由：激光光源1、 1 ;99禪合器2、第一 1 ;1禪合器3、80MHz聲光調制器4、110MHz聲光調制器5、第一邸FA (滲 巧光纖放大器）及其濾波器6、第二邸FA及其濾波器7、環形器8、傳感光纖9、第二1 ;1禪 合器10、第S邸FA及其濾波器11、光電探測器12、帶通濾波電路13、信號發生器14、混頻器 15、低通濾波電路16、信號采集調理模塊17、上位機18和FPGA19構成。
[0035] 由激光光源1產生窄線寬的連續光，經由1 ;99禪合器2產生探測光和本振光。本 振光直接到達第二1 ;1禪合器10。探測光經由第一 1 ;1禪合器3分為兩束探測光。第一