[发明专利]一种基于FFT和编码的BOTDR传感方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于FFT和编码的BOTDR传感方法和系统，将多组编码脉冲光输入光纤，用光电探测器采集各组编码脉冲光的相干时域信号，对各组编码对应的时域信号进行快速傅里叶变换处理得到对应的频域信号后，再进行解码，得到具有较高信噪比的布里渊频谱分布，进而得到光纤沿线的温度信号或应变信息。本发明同时具有测量时间短、空间分辨率高和传感距离长的特点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及了一种基于FFT和编码的BOTDR传感方法和系统。

背景技术

光纤传感技术是从20世纪70年代发展而来的一门崭新的技术，随着光导纤维的实用化和光通信技术的发展，光纤传感技术以多元化的姿态迅猛发展。当光在光纤中传输时，由于光纤受外界扰动、温度、应变、位移等环境因素的影响，光信号的偏振态、功率、波长、相位等参数会发生变化。通过检测光纤中光的这些参数，就可以获得光纤周围环境的变化信息，从而实现传感。

当一束短脉冲光入射到光纤时，它沿着光纤传播并被散射到各个方向，一部分散射光沿着光纤传输并返回到入射端，在这部分散射光中，有一种被称为背向布里渊散射光，背向布里渊散射光携带有传感光纤沿线的温度和应变等信息。基于布里渊散射的光时域传感技术就是通过监测光纤中背向布里渊散射光的特性来实现分布式传感的一种传感技术。

布里渊光时域反射技术(BOTDR)就是通过检测背向布里渊散射光的布里渊频移来实现传感的一种光时域反射技术。传统的BOTDR系统由于采用了扫频技术，测量时间相对较长。基于快速傅里叶变换的BOTDR系统的发明克服了这一不足，基于快速傅里叶变换的BOTDR系统将高频布里渊散射信号相干到几百兆赫兹的频率范围内，利用宽带探测器一次性获得整个布里渊散射谱测量时间。但是，基于快速傅里叶变换的BOTDR系统无法同时满足高分辨率和长距离传感的要求。研究发现，采用通信中某些码型对光纤传感器的探测脉冲光进行调制，并依据一定解码规则进行处理，可以提高传感器的测量效果。采用编码序列脉冲光与单脉冲光在传感系统中所获得的空间分辨率相同，并可以大幅提高信号的信噪比，不改变信号随时间的变化趋势。可见，采用编码序列脉冲光可以在不降低空间分辨率的前提下提高光纤传感系统的信噪比，使系统获得大的动态范围，但测量时间相对较长。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于FFT和编码的BOTDR传感方法和系统，克服传统BOTDR传感技术测量时间长、分辨率与传感距离要求不能同时满足的缺陷。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于FFT和编码的BOTDR传感方法，包括以下步骤：

(1)向光纤中注入N组光编码脉冲序列，每组光编码脉冲序列采集n次，得到N组n条后向散射的BOTDR时域信号；

(2)在步骤(1)得到的每条后向散射的BOTDR时域信号中均取长度为T的信号进行快速傅里叶变换，分别得到各条信号对应的光纤初始位置的频域信号，并以ΔT为步进，以T为取样长度依次对光纤沿线各个位置的时域信号进行快速傅里叶变换，得到N组n条BOTDR频域信号；

(3)分别将步骤(2)得到的相同编码脉冲序列对应的n条BOTDR频域信号作累加平均，得到N组平均后的BOTDR频域信号；

(4)将步骤(3)得到的平均后的BOTDR频域信号按照对应的光编码脉冲序列进入光纤的顺序排列，并按位置信息对齐，根据N组编码对应的解码规则，对每个频率点沿光纤长度的N组BOTDR频域信号进行解码，得到沿光纤分布的具有高信噪比的单脉冲响应BOTDR频域信号；

(5)对步骤(4)得到的沿光纤分布的单脉冲响应BOTDR频域信号在每个距离点上求解中心频率，得到光纤沿线的布里渊频移，进而得到光纤沿线的温度信息或者应变信息。