[发明专利]基于子脉冲提取算法的分布式温度应变传感方法

说明书

本发明涉及光纤传感测量领域，具体是基于子脉冲提取算法的分布式温度应变传感方法，包括如下步骤：首先，使用大频率范围的探测信号获取大频率范围的瑞利散射信息和布里渊散射信息；其次，使用子脉冲提取算法获取不同频率的瑞利散射信号和布里渊散射信号；再次，形成完整的瑞利散射图样和布里渊增益谱，并获取瑞利散射图样频率轴和布里渊增益谱的频移情况；最后，根据温度、应变对瑞利散射信号和布里渊散射信号不同的响应系数，对温度和应变进行解耦操作，获取沿光纤的温度和应变传感信息。解决现有基于布里渊散射的分布式光纤传感系统或基于瑞利散射的分布式光纤传感系统中应变、温度交叉敏感的技术问题。

技术领域

本发明涉及光纤传感测量领域，具体是指基于子脉冲提取算法的分布式温度应变传感方法。

背景技术

分布式光纤传感系统目前已广泛用于地质探矿、结构健康监测、温度测量等领域。基于瑞利散射和布里渊散射的分布式光纤传感对温度和应变都敏感，导致这两类系统都存在温度应变交叉敏感的问题，限制了其在工程中的应用。

由于传统基于瑞利散射的分布式传感和基于布里渊的分布式传感在传感机理上有较大的差异，导致两套系统难以有机地融合。此外，基于布里渊散射的分布式传感由于需要通过扫频来获取完整的布里渊增益谱，导致传感过程耗时非常长，所以常用于静态或者准静态的传感，进一步加大了两套系统的融合难度。在温度和应变解耦合方面，可以使用温度和应变对保偏光纤的两个偏振态不同的响应来实现温度和应变的解耦合。但由于温度和应变对保偏光纤的两个偏振态的响应系数过于接近，使得这种方法在原理上就会有很大的误差；且保偏光纤过于昂贵极大地增加了系统的成本。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了基于子脉冲提取算法的分布式温度应变传感方法，解决现有基于布里渊散射的分布式光纤传感系统或基于瑞利散射的分布式光纤传感系统中应变、温度交叉敏感的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

基于子脉冲提取算法的分布式温度应变传感方法，包括如下步骤：

步骤一、使用大频率范围的探测信号获取大频率范围的瑞利散射信息和布里渊散射信息；

步骤二、使用子脉冲提取算法获取不同频率的瑞利散射信号和布里渊散射信号；

步骤三、形成完整的瑞利散射图样和布里渊增益谱，并获取瑞利散射图样频率轴和布里渊增益谱的频移情况；

步骤四、根据温度、应变对瑞利散射信号和布里渊散射信号不同的响应系数，对温度和应变进行解耦操作，获取沿光纤的温度和应变传感信息。

进一步，所述步骤一中，使用大频率范围的探测信号获取大频率范围的瑞利散射信息和布里渊散射信息的过程包括：

将大频率范围的探测信号注入到传感光纤，将产生的瑞利散射信号与布里渊散射信号分离，然后分别使用相干探测模块采集瑞利散射信号和布里渊散射信号的光场信息，采集到的瑞利散射信号和布里渊散射信号分别看作是探测信号与传感光纤的瑞利散射传递函数和布里渊散射传递函数的卷积。

进一步，通过密集波分复用器、不同波长的滤波器和波长选择开关实现将产生的瑞利散射信号与布里渊散射信号分离。

进一步，所述相干探测模块为90°光学混频器或2×4耦合器或2×2耦合器，其中，相干探测模块的本振信号为与瑞利散射信号和布里渊散射有相干性的光信号。

进一步，所述步骤二中，使用子脉冲提取算法获取不同频率的瑞利散射信号和布里渊散射信号，其具体过程为：

将采集得到的瑞利散射信号和布里渊散射信号转换到频域；然后在频域将瑞利散射信号和布里渊散射信号分别乘以不同频率的传递函数；最后将计算结果转换为时域即可得到不同频率的瑞利散射信号和布里渊散射信号。

进一步，不同频率的传递函数的生成步骤具体为：