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一种基于 相位敏感OTDR的振动定位方法及系统

阅读：885发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统。振动定位方法包括：调谐第i光脉冲的脉冲宽度得到第i+1光脉冲，采集并根据第i+1背向瑞利散射光干涉光强信号及第i+1定位分辨率 ΔLi+1探测到振动后确定振动所在位置为第i+1个防区内；其中，第i+1定位分辨率ΔLi+1根据第i+1光脉冲的脉冲宽度确定，ΔLi+1＜ΔLi，且ΔLi为ΔLi+1的整数倍；第i+1次的探测范围为第i防区的范围；i依次取值从1开始的正整数，循环上述调谐步骤，直至振动定位达到预设的精度，输出振动所处的位置。本发明采用基于定位分辨率动态调谐实现精确定位查询，解决长距离与定位精度之间的相互限制问题。，下面是一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
将激光调制为第1光脉冲，第1光脉冲输入传感光纤而产生第1背向瑞利散射光，采集第
1背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第1背向瑞利散射光干涉光强信号及第1定位分辨率ΔL1探测到振动后确定振动所在位置为第1防区内；其中，第1定位分辨率ΔL1根据第1光脉冲的脉冲宽度确定；
调谐第i光脉冲的脉冲宽度得到第i+1光脉冲，第i+1光脉冲输入传感光纤而产生第i+1背向瑞利散射光，采集第i+1背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第i+1背向瑞利散射光干涉光强信号及第i+1定位分辨率ΔLi+1探测到振动后确定振动所在位置为第i+1个防区内；
其中，第i+1定位分辨率ΔLi+1根据第i+1光脉冲的脉冲宽度确定，ΔLi+1＜ΔLi，且ΔLi为ΔLi+1的整数倍；第i+1次的探测范围为第i防区的范围；
i依次取值从1开始的正整数，循环上述调谐步骤，直至振动定位达到预设的精度，输出振动所处的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法，其特征在于，所述第i定位分辨率ΔLi根据第i光脉冲的脉冲宽度τi确定：
ΔLi＝cτi/2neff
其中，c和neff分别是真空中的光速以及传感光纤纤芯基模的有效折射率。
3.根据权利要求1所述的一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法，其特征在于，所有光脉冲为矩形光脉冲、方波光脉冲、三角光脉冲或梯形光脉冲。
4.一种基于相位敏感OTDR的振动定位系统，应用如权利要求1-3任一项所述的振动定位方法，其特征在于，所述振动定位系统包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、光纤环形器和传感光纤，光纤环形器连接有光电探测器，光电探测器与信号处理器连接，信号处理器与声光调制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于相位敏感OTDR的振动定位系统，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。
6.根据权利要求5所述的一种基于相位敏感OTDR的振动定位系统，其特征在于，所述窄线宽激光器的中心波长为1550nm。

说明书全文

一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于振动定位技术领域，具体涉及一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统。

背景技术

[0002] 相位OTDR系统作为一种分布式光纤传感系统，由于其具有抗电磁干扰、耐腐蚀、定位精度高、多点检测等特点，在对光纤线路范围内的入侵和振动进行实时远程动态监控方面，具有传统传感器所不能替代的优势。

[0003] 相位敏感OTDR在周界安防，油气管线预警监测以及通信光缆安全监测等领域具有重要应用。在相位OTDR系统中，如何在采集到的背向瑞利散射干涉信号中定位出振动信号的位置，一直是研究的重点。现有相位敏感在长距离应用中，采用较高定位分辨率时，传感光纤的防区数量过多，信号处理时间长，从而限制了监测振动的探测时间(探测频率)。为了提高监测振动的探测频率，只能降低定位精度。因此，现有在一定的探测振动探测时间的要求下，存在监测距离、定位精度之间的矛盾。为了保证探测振动的频率范围，长距离应用只能降低定位精度。

发明内容

[0004] 基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统。

[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种基于相位敏感OTDR的振动定位方法，包括以下步骤：

[0007] 将激光调制为第1光脉冲，第1光脉冲输入传感光纤而产生第1背向瑞利散射光，采集第1背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第1背向瑞利散射光干涉光强信号及第1定位分辨率ΔL1探测到振动后确定振动所在位置为第1防区内；其中，第1定位分辨率ΔL1根据第1光脉冲的脉冲宽度确定；

[0008] 调谐第i光脉冲的脉冲宽度得到第i+1光脉冲，第i+1光脉冲输入传感光纤而产生第i+1背向瑞利散射光，采集第i+1背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第i+1背向瑞利散射光干涉光强信号及第i+1定位分辨率ΔLi+1探测到振动后确定振动所在位置为第i+1个防区内；其中，第i+1定位分辨率ΔLi+1根据第i+1光脉冲的脉冲宽度确定，ΔLi+1＜ΔLi，且ΔLi为ΔLi+1的整数倍；第i+1次的探测范围为第i防区的范围；

[0009] i依次取值从1开始的正整数，循环上述调谐步骤，直至振动定位达到预设的精度，输出振动所处的位置。

[0010] 作为优选方案，所述第i定位分辨率ΔLi根据第i光脉冲的脉冲宽度τi确定：

[0011] ΔLi＝cτi/2neff

[0012] 其中，c和neff分别是真空中的光速以及传感光纤纤芯基模的有效折射率。

[0013] 作为优选方案，所有光脉冲为矩形光脉冲、方波光脉冲、三角光脉冲或梯形光脉冲。

[0014] 本发明还提供一种基于相位敏感OTDR的振动定位系统，应用如上任一方案所述的振动定位方法，所述振动定位系统包括依次连接的激光器、声光调制器、光放大器、光纤环形器和传感光纤，光纤环形器连接有光电探测器，光电探测器与信号处理器连接，信号处理器与声光调制器连接。

[0015] 作为优选方案，所述激光器为窄线宽激光器。

[0016] 作为优选方案，所述窄线宽激光器的中心波长为1550nm。

[0017] 本发明与现有技术相比，有益效果是：

[0018] 本发明的基于相位敏感OTDR的振动定位方法及系统，面向长距离第一次探测阶段采用低定位精度，探测振动后，通过光脉冲的脉冲宽度调谐，逐次提高定位精度，在前一次探测中的定位分辨率区间内(防区内)查询振动的精确位置，最终实现振动的快速、精确定位。

[0019] 本发明采用基于定位分辨率动态调谐实现精确定位查询，解决长距离与定位精度之间的相互限制问题。附图说明

[0020] 图1是本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位系统的连接示意图；

[0021] 图2是本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位方法的流程图；

[0022] 图3是本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位方法的定位分辨率动态调谐示意图。

具体实施方式

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

[0024] 如图1所示，本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位系统，包括依次光线连接的激光器、声光调制器、光放大器、光纤环形器和传感光纤，光纤环形器光驱连接有光电探测器，光电探测器与信号处理器(简称信号处理)电路连接，信号处理器与声光调制器电路连接，由信号处理器输出振动的定位结果。

[0025] 其中，激光器优选为窄线宽激光器，窄线宽激光器为输出窄线宽波长的激光器，中心波长选择为λ0＝1550nm。

[0026] 窄线宽激光器输出的激光通过声光调制器被调制为具有一定脉冲宽度τ的矩形光脉冲，声光调制器调制的脉冲形状不限于矩形光脉冲，还可以为、方波光脉冲、三角光脉冲或梯形光脉冲等常用的脉冲形状。

[0027] 光脉冲经过光放大器放大后，从端口2进入光纤环形器，经过端口1进入传感光纤，背向瑞利散射光经过端口3输出被光电探测器接收。

[0028] 光电探测器探测光纤环形器端口3输出的背向瑞利散射光波的干涉光强，转化为电信号以便信号处理器进行处理。

[0029] 信号处理器通过对背向瑞利散射光干涉光强信号进行处理，得到振动的精确定位结果。

[0030] 具体地，通过n次探测快速得到振动的精确定位，第n次探测，空间探测范围为前一次探测的一个空间分辨率，如图2和3所示，处理流程如下：

[0031] (1)初始探测(第1次探测)：启动时采用低定位精度对应的初始分辨率ΔL1探测振动，探测到振动后确定振动所在位置为第x1个分辨率区间(防区)内；

[0032] (2)第2次探测：调谐减小定位分辨率为ΔL2，ΔL2<ΔL1，且ΔL1为ΔL2的整数倍，探测范围也减小为前1次的防区范围(第x1个ΔL1范围)；

[0033] 循环以上调谐过程；

[0034] ……

[0035] (n)第n次探测：调谐减小定位分辨率为ΔLn，ΔLn<ΔLn-1，探测范围也减小为第n-1次的防区范围(第xn个ΔLn-1范围)，最终输出定位分辨率为ΔLn，n为正整数。

[0036] 其中，对振动的定位分辨率ΔL由光脉冲的脉冲宽度τ决定：

[0037] ΔL＝cτ/2neff

[0038] 其中，c和neff分别是真空中的光速以及光纤纤芯基模的有效折射率。

[0039] 对振动的定位结果是在分辨率ΔL的范围内。

[0040] 对应于本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位系统，本发明实施例的基于相位敏感OTDR的振动定位方法，包括以下步骤：

[0041] 将激光调制为第1光脉冲，第1光脉冲输入传感光纤而产生第1背向瑞利散射光，采集第1背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第1背向瑞利散射光干涉光强信号及第1定位分辨率ΔL1探测到振动后确定振动所在位置为第1防区内，即第x1个分辨率区间(防区)；其中，第1定位分辨率ΔL1根据第1光脉冲的脉冲宽度确定；

[0042] 调谐第n-1光脉冲的脉冲宽度得到第n光脉冲，第n光脉冲输入传感光纤而产生第n背向瑞利散射光，采集第n背向瑞利散射光干涉光强信号，根据第n背向瑞利散射光干涉光强信号及第n定位分辨率ΔLn探测到振动后确定振动所在位置为第n个防区内；其中，第n定位分辨率ΔLn根据第n光脉冲的脉冲宽度确定，ΔLn＜ΔLn-1，且ΔLn-1为ΔLn的整数倍；第n次的探测范围为第n-1防区的范围；

[0043] n依次取值从1开始的正整数，循环上述调谐步骤，直至振动定位达到预设的精度，输出振动所处的位置。

[0044] 其中，第n定位分辨率ΔLn根据第n光脉冲的脉冲宽度τi确定：

[0045] ΔLn＝cτn/2neff

[0046] 其中，c和neff分别是真空中的光速以及传感光纤纤芯基模的有效折射率。

[0047] 如图3所示，以探测次数n＝4为例的定位分辨率动态调谐的过程。

[0048] 在中，启动阶段采用低定位精度，即较高的定位分辨率，探测到振动后，通过脉冲宽度调谐，逐次提高定位精度(即降低定位分辨率)，在前一次探测中的定位分辨率区间内(防区内)查询振动的精确位置，最终实现振动的快速、精确定位。

[0049] 以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

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