[发明专利]一种基于两模光纤的车辆振动监测装置及方法

说明书

本发明公开一种基于两模光纤的车辆振动监测装置及方法，激光器发射出连续激光被光耦合器一分为二，一路经脉冲发生器调制成探测脉冲送入两模传感光纤，另一路作为本振光；两模传感光纤返回的后向瑞利散射光与本振光合束后，由数字信号处理单元进行数据处理，即先使用变异系数法对两种模式原始数据处理，以获得更高信噪比的振动峰，后提取振动峰位置的时域数据，经EMD特征提取后，输入到训练好的神经网中识别。与现有技术相比，本发明提供了车辆振动监测识别的速度和准确率。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于两模光纤的车辆振动监测装置及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的推进和机动车数量的快速增长，高速公路交通量不断增加，对高速车辆监测难度越来越大。目前相对成熟的道路车辆监测方法主要有环形线圈、数字视频、超声波等分立式监测方案，虽然以上技术单点监测精度较高，但是分立式的监测方案存在监测死角和组网复杂等问题。

光纤传感技术是近几十年伴随着光纤技术和光通信技术而兴起的一种新型传感技术。它以光波作为传感信号、以光纤作为信号传输介质检测外界信号，在传感方式、信号探测和信号处理等方面都和传统的电学传感器不同。其中，基于相位敏感光时域反射计的光纤传感因其长距离、全分布式、高灵敏度等传感特性被广泛应用在边界安防、石油管道安全监测等诸多领域。利用光纤的传感特性对道路上的车辆振动进行实时全程监测，对于构建多传感器融合的道路交通监控网有重要的应用价值。

传统的相位敏感光时域反射计以单模光纤作为传感介质，以幅度差分法实现振动位置定位。具体地，该系统首先采集后向瑞利散射信号的幅值数据；当数据量达到用户设定的数量时，将采集的数据按照光纤长度进行分行，每一行的数据为光脉冲在传感光纤内完成一次传输时所产生的瑞利散射信号；将每行数据与隔k行的数据进行差分并取绝对值运算，最后进行累加得到一帧数据，并依此确定传感链路中的振动峰位置。

虽然传统单模光纤相位敏感光时域反射计在实际应用中体现出较好的传感性能，但是仍存在如下不足之处：(1)单模光纤的非线性阈值电平和反射光捕获率低，限制了可注入的脉冲光功率，导致光纤注入端接收到的瑞利散射光信号较弱，不利于散射信号的采集及后续处理；(2)单模光纤中只可以传输一种模式的光信号，受光纤介质不均匀和偏振态不匹配的影响大，无法补偿由噪声引起的振动峰突变，导致信噪比降低；(3)差分累加算法需要根据振动频率来选择差分间隔条数(即k值)，每当振动频率改变时，就需要更改差分k值，而关于k值的选取方法却没有明确的选值依；且该算法对波形的要求较高，检测车辆振动这种不规则振动源时效果较差。

发明内容

本发明针对现有单模光纤相位敏感光时域反射计所存在的问题，提供一种基于两模光纤的车辆振动监测装置及方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：