[发明专利]一种计算型分布式光纤传感方法及系统有效
申请号: | 201811423489.8 | 申请日: | 2018-11-27 |
公开(公告)号: | CN109540207B | 公开(公告)日: | 2020-03-10 |
发明(设计)人: | 周大鹏;彭伟 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | G01D21/02 | 分类号: | G01D21/02 |
代理公司: | 北京高沃律师事务所 11569 | 代理人: | 张海青 |
地址: | 116000 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 计算 分布式 光纤 传感 方法 系统 | ||
本发明公开了一种计算型分布式光纤传感方法及系统。该方法包括:确定用于调制入射光强度的信号源,信号源为二进制序列;将经信号源调制后的光脉冲作为入射光信号射入光纤;以设定采样率采集经光纤散射后的散射光信号;根据入射光信号和散射光信号,采用基于时域的差分鬼成像协议确定待探测光信号的时域重构图像;根据待探测光信号的时域重构图像确定光纤的传感信号。本发明提供的计算型分布式光纤传感方法及系统具有采样率低、设备复杂度低和成本低的特点。
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术领域,特别是涉及一种计算型分布式光纤传感方法及系统。
背景技术
分布式光纤传感系统(Distributed fiber-optic sensing system)通过检测和分析光纤内的某种特殊光学效应,从而测量得到光纤的特征信息。由于光纤的特征信息随外界环境的影响发生变化,因而可以感知到光纤周围空间中分布的环境参数,例如温度、应力,压力等。分布式光纤传感器件能够采用单根光纤作为传感元件,通过测量传感光纤每点的变化,达到分布式测量外界事件的目的。与传统的分立元件传感技术相比,分布式光纤传感系统的最大优势在于可以实现远距离连续测量,具有超过几十甚至几百公里的连续测量能力。分布式光纤传感系统主要利用光纤中的自然散射过程实现,例如瑞利散射(Rayleighscattering),拉曼散射(Raman scattering),自发或受激布里渊散射(Spontaneous orstimulated Brillouin scattering),并且利用时域技术(time-domain techniques)或者频域技术(frequency-domain techniques)完成信号解调,达到测量的目的。一般来说,对于长距离测量(超过几十公里)并具有米量级的空间分辨率,时域技术是主要被采用的技术,因为其结构简单并且系统的带宽够高。而频域技术一般需要使用直流光,因而限制了其可以实现的测量距离。传统的时域分布式传感技术通过向光纤内发送一个光学脉冲,并利用光学探测器收集反向散射光,通过光电转换转换成时域电信号之后,采用高速数据采集卡采集;其采样率需要满足Nyquist-Shannon采样定理才能解析具体的空间信息,即采样时间间隔必须小于脉冲宽度的一半。脉冲的宽度决定了分布式传感系统的空间分辨率。因而,传统的基于时域技术的分布式传感系统一般需要采集模块具有100MHz以上的采样率从而达到小于1m的空间分辨率。而对于长距离的高性能传感系统,由于远端的信号较弱,需要高分辨率模数转换器(Analog-to-digital converter)进行采样以达到足够高的动态范围。因而,采集模块需要集成高性能模数转化器与现场可编程门阵列(field-Programmablegate array)从而可以高速传输和处理大量数据。硬件成本,设计成本,以及编程成本都比较高,这也是分布式传感系统比传统传感器价格高昂的一个主要因素,限制了其更大规模的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算型分布式光纤传感方法及系统,具有采样率低、设备复杂度低和成本低的特点。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种计算型分布式光纤传感方法,包括:
确定用于调制入射光强度的信号源,所述信号源为二进制序列;
将经所述信号源调制后的光脉冲作为入射光信号射入光纤;
以设定采样率采集经光纤散射后的散射光信号;
根据入射光信号和散射光信号,采用基于时域的差分鬼成像协议确定待探测光信号的时域重构图像;
根据待探测光信号的时域重构图像确定光纤的传感信号。
可选的,所述信号源为Walsh-Hadamard矩阵产生的二进制正序列以及二进制正序列对应的二进制反序列。
可选的,所述信号源为随机二进制序列。
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