基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)基于相干瑞利的光纖振動(dòng)檢測(cè)方法中采集卡利用率較低的問題對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，采用延遲器和光開關(guān)錯(cuò)時(shí)檢測(cè)多路傳感光纖中振動(dòng)信號(hào)的方法，通過控制延遲器的時(shí)間來對(duì)每條傳感光纖進(jìn)行分時(shí)振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了多路振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)；并且檢測(cè)模塊中的采集卡不需要接入脈沖控制信號(hào)，可以在一個(gè)脈沖周期內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高了采集卡的利用率。
【專利說明】基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相干瑞利散射又稱為相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)(Φ-OTDR),該技術(shù)將分布式光纖傳感技術(shù)和干涉型光纖傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)了全范圍的檢測(cè)又具有較高的靈敏度。
[0003]該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理如下:窄線寬激光經(jīng)過調(diào)制器之后變?yōu)槊}沖光，經(jīng)過放大的脈沖光進(jìn)入傳感光纖，在光源的相干長(zhǎng)度內(nèi)脈沖光的后向瑞利散射光相互干涉，干涉信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器進(jìn)入探測(cè)器，一般干涉信號(hào)比較弱需要經(jīng)過放大和濾波之后再進(jìn)行探測(cè)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖時(shí)，干涉信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)實(shí)時(shí)捕捉從而實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)與定位。
[0004]為了提高系統(tǒng)分辨率，被調(diào)制器調(diào)制后的光源脈沖占空比越來越小，而且為了避免測(cè)量光纖中激光脈沖之間的相互干擾，需要保證測(cè)量光纖中始終只有一個(gè)激光脈沖存在。在沒有脈沖光時(shí)光纖中沒有瑞利散射光，為了減少不必要數(shù)據(jù)的采集，通常做法是將調(diào)制器的觸發(fā)信號(hào)接入采集卡，有脈沖光時(shí)觸發(fā)采集卡采集數(shù)據(jù)，沒有脈沖光時(shí)采集卡不采集數(shù)據(jù)，這樣導(dǎo)致采集卡的利用效率較低。同時(shí)，目前基于該技術(shù)的振動(dòng)檢測(cè)裝置都是一套系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一條傳感光纖，對(duì)于需要多路檢測(cè)的地域比如城市管網(wǎng)、分區(qū)域周界安防等需要安裝多套系統(tǒng)，成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)，以提高基于相干瑞利散射系統(tǒng)中采集卡的利用率較，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0007]I)光源模塊發(fā)出的脈沖光經(jīng)IXN耦合器分為N路脈沖光；
[0008]2)各路脈沖光經(jīng)延遲器和環(huán)形器后產(chǎn)生后向瑞利散射光信號(hào)；
[0009]第i路脈沖光經(jīng)過環(huán)形器和/或延遲器后在長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的傳感光纖i中傳輸時(shí)間為\ ;所述第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間\計(jì)算公式為:
[0010]t.: = (? = 1,2.
[0011]第i+Ι路脈沖光經(jīng)過延遲器i和環(huán)形器之后進(jìn)入傳感光纖i+1，所述延遲器i的延遲時(shí)間Λ ti與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間為\相等，即\ = Λ ti ;且各路脈沖光在傳感光纖中的傳輸時(shí)間與脈沖光的脈沖周期T滿足:
[0012]W...+!^ = T
[0013]其中，n為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖光的脈沖周期，i = 1，2，3，…N ；
[0014]3)傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過IXN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)模塊，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過延遲器和IXN光開關(guān)控制各條傳感光纖的振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)；所述IXN光開關(guān)的第1-Ι通道和第i通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光的后向瑞利散射光信號(hào)在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間h相等，即Sti = ti = Ati;
[0015]4)當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)；
[0016]5)不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
[0017]本發(fā)明還提供了另一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0018]I)光源模塊發(fā)出脈沖光,第一 I XN光開關(guān)將其分為N路脈沖光；
[0019]2)脈沖光經(jīng)過第一 I XN光開關(guān)和環(huán)形器后在傳感光纖中傳輸,脈沖光產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)第二 I XN光開關(guān)進(jìn)入檢測(cè)模塊；
[0020]第i路脈沖光經(jīng)過第一 I XN光開關(guān)和環(huán)形器后在長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的傳感光纖i中傳輸時(shí)間為ti;傳感光纖i中的后向瑞利散射光信號(hào)通過第二 I XN光開關(guān)進(jìn)入檢測(cè)模塊，經(jīng)過時(shí)間\后，第一 I XN光開關(guān)和第二 I XN光開關(guān)同時(shí)從第1-Ι通道切換到第i通道，然后第i+Ι路脈沖光經(jīng)過第一 IXN光開關(guān)和環(huán)形器后進(jìn)入傳感光纖i+Ι中傳輸，傳感光纖i+1中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過第二 IXN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)裝置；所述傳輸時(shí)間\的計(jì)算公式為:
[0021]=(!'=1,2,…Λ”』
[0022]且每條傳感光纖中瑞利散射光存在時(shí)間滿足條件:
[0023]= T
[0024]所述第一 I XN光開關(guān)和第二 I XN光開關(guān)的不同信道之間的轉(zhuǎn)換由時(shí)鐘電路控制同步切換，且所述第一 I XN光開關(guān)和第二 I XN光開關(guān)的第1-Ι通道和第i通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間ti相等，即Sti = ti ；
[0025]其中，η為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖光的脈沖周期，i = 1，2，3，…N ；
[0026]3)傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)進(jìn)入檢測(cè)模塊后，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過第一 IXN光開關(guān)和第二 IXN光開關(guān)控制各條傳感光纖的振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)；
[0027]4)當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，此傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)；
[0028]5)不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
[0029]進(jìn)一步地，所述光源為窄線寬激光器發(fā)出的光，所述窄線寬激光器發(fā)出的連續(xù)的連續(xù)光波經(jīng)調(diào)制器變?yōu)槊}沖光再經(jīng)放大器放大，所述脈沖光的脈沖持續(xù)時(shí)間為△ t，脈沖周期為T，占空比為At/To
[0030]進(jìn)一步地，所述窄線寬激光器發(fā)出的光源的相干長(zhǎng)度大于100km，且所述窄線寬激光器發(fā)出的光源的相干長(zhǎng)度大于傳感光纖的長(zhǎng)度。
[0031]本發(fā)明提供了一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源模塊、I XN耦合器、環(huán)形器、延遲器、IXN光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述I XN耦合器的一端，所述I XN耦合器的N路輸出端分別通過傳感光纖連接所述延遲器和環(huán)形器，所述環(huán)形器分別與所述I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述I XN光開關(guān)另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述傳感光纖中從傳感光纖2到傳感光纖N上分別依次連接延遲器I到延遲器N-1。
[0032]本發(fā)明還提供了另一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源模塊、第一 IXN光開關(guān)、時(shí)鐘電路、環(huán)形器、第二 IXN光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述第一 I XN光開關(guān)的一端,所述第一 I XN光開關(guān)的N路輸出端分別通過傳感光纖連接所述環(huán)形器，所述環(huán)形器分別與所述第二 I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述第二 I XN光開關(guān)的另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述第一 IXN光開關(guān)和所述第二 IXN光開關(guān)分別與所述時(shí)鐘連接。
[0033]進(jìn)一步地，所述光源模塊由光源、調(diào)制器和放大器順序相連組成。
[0034]進(jìn)一步地，所述光源采用窄線寬光源，相干長(zhǎng)度大于100km。
[0035]進(jìn)一步地，所述檢測(cè)模塊由放大器、濾波器、探測(cè)器、采集卡和數(shù)據(jù)處理部分順序相連。
[0036]本發(fā)明提供的基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于相干瑞利散射光的多路振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)；同時(shí)，對(duì)基于相干瑞利散射光的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的采集卡的利用率較低問題進(jìn)行了改進(jìn)，提高了檢測(cè)模塊中采集卡的利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法中傳感光纖分時(shí)檢測(cè)順序圖。
[0039]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法中傳感光纖分時(shí)檢測(cè)順序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源模塊、IXN耦合器、傳感光纖、環(huán)形器、延遲器、IXN光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述I XN耦合器的一端，所述I XN耦合器的N路輸出端分別通過所述傳感光纖連接所述延遲器和環(huán)形器，每條傳感光纖上的環(huán)形器分別與所述I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述I XN光開關(guān)另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述傳感光纖中從傳感光纖2到傳感光纖N上分別依次連接延遲器I到延遲器N-1。其中，光源模塊由光源、調(diào)制器和放大器順序相連組成，并且光源使用窄線寬光源，相干長(zhǎng)度大于100km。檢測(cè)模塊由放大器、濾波器、探測(cè)器、采集卡和數(shù)據(jù)處理部分順序相連。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法。包括如下步驟:
[0043]步驟1:由窄線寬激光器發(fā)出連續(xù)的連續(xù)光波經(jīng)過調(diào)制器之后變?yōu)槊}沖光，脈沖光的脈沖持續(xù)時(shí)間為At，脈沖周期為T，占空比為Λ t/T，脈沖光經(jīng)過放大器放大后進(jìn)入I X N光纖耦合器，被I X N光纖耦合器分為N路脈沖光。
[0044]步驟2:各路脈沖光經(jīng)延遲器和環(huán)形器后在對(duì)應(yīng)的傳感光纖中傳輸產(chǎn)生后向瑞利散射光信號(hào)。
[0045]其中，第一路脈沖光直接經(jīng)環(huán)形器之后進(jìn)入傳感光纖1，傳感光纖I的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,脈沖光在傳感光纖I中的傳輸時(shí)間為h ;第二路脈沖光經(jīng)延遲時(shí)間為At1的延遲器I和環(huán)形器后進(jìn)入傳感光纖2,傳感光纖2的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,脈沖光在傳感光纖2中的傳輸時(shí)間為t2 ；第三路脈沖光經(jīng)延遲時(shí)間為Λ t2的延遲器2和環(huán)形器后進(jìn)入傳感光纖3，傳感光纖3的長(zhǎng)度SL3，脈沖光在傳感光纖3中的傳輸時(shí)間為〖3 ;依此類推，第N路脈沖光經(jīng)延遲時(shí)間為At1^1的延遲器N-1和環(huán)形器之后進(jìn)入傳感光纖N,傳感光纖N的長(zhǎng)度為L(zhǎng)n,脈沖光在傳感光纖N中的傳輸時(shí)間為tN ;第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間可通過公式(I)進(jìn)行計(jì)算。
[0046]t,(I = 1,2, ,..N)(I)
[0047]其中，脈沖光在傳感光纖中的傳輸時(shí)間與其在對(duì)應(yīng)傳感光纖中經(jīng)延遲器的延遲時(shí)間相等，SP 4 = Δ tp t2 = Δ t2,..., ti = Δ ti；...tN = Δ tN,
[0048]每條傳感光纖中脈沖光的傳輸時(shí)間滿足條件:
[0049]= T
[0050]式中，η為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖周期。
[0051]步驟3:每條傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過I XN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)模塊。檢測(cè)模塊由放大器、濾波器、探測(cè)器、采集卡和數(shù)據(jù)處理組成。其中放大器用于將微弱的相干瑞利散射光信號(hào)進(jìn)行放大，濾波器是將信號(hào)放大過程中產(chǎn)生的噪聲去除，探測(cè)器將相干瑞利散射光信號(hào)變?yōu)槟M電信號(hào)，采集卡將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)處理部分用于處理采集到的信號(hào)，處理步驟主要包括信號(hào)增強(qiáng)、降噪、模式識(shí)別等。通過延遲器和IXN光開關(guān)來分別對(duì)每條傳感光纖進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)，IXN光開關(guān)的第I通道和第i+Ι通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間ti相坐寸O
[0052]參見圖2，延遲器和I XN光開關(guān)對(duì)每條傳感光纖進(jìn)行的分時(shí)振動(dòng)檢測(cè)順序和原理如下:第一路脈沖光在傳感光纖I中的傳輸時(shí)間為h,在h時(shí)間內(nèi)檢測(cè)模塊的米集卡對(duì)傳感光纖I進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；經(jīng)過延遲時(shí)間為ti的延遲器之后第二路脈沖光進(jìn)入傳感光纖2，脈沖光在傳感光纖2中的傳輸時(shí)間為t2，在t2時(shí)間內(nèi)IXN光開關(guān)從第I信道切換到第2信道，傳感光纖2中的后向瑞利散射光進(jìn)入檢測(cè)模塊，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；按照上述順序，經(jīng)過延遲時(shí)間為Atp1的延遲器之后第i路脈沖光進(jìn)入傳感光纖i，當(dāng)傳感光纖i中存在瑞利散射光時(shí)，在第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間h內(nèi)，I XN光開關(guān)自動(dòng)從第1-Ι通道切換到i通道，檢測(cè)模塊中的采集卡對(duì)傳感光纖i進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0053]步驟4:當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)。
[0054]步驟5:不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
[0055]通過延遲器和光開關(guān)來分別對(duì)每條傳感光纖分時(shí)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，采集卡對(duì)傳感光纖中的瑞利散射信號(hào)進(jìn)行順序采集，每條傳感光纖之間的信號(hào)互不干擾。按照這樣的分時(shí)振動(dòng)檢測(cè)順序和檢測(cè)方法，能夠保證在一個(gè)脈沖周期T內(nèi)都有相干瑞利散射光的存在，檢測(cè)模塊的采集卡實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，提高了采集卡的利用率；并且能夠?qū)崿F(xiàn)基于相干瑞利散射光的多路振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)。
[0056]參見圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源模塊、第一 I XN光開關(guān)、時(shí)鐘電路、傳感光纖、環(huán)形器、第二 I XN光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述第一 I XN光開關(guān)的一端,所述第一 I XN光開關(guān)的N路輸出端分別通過所述傳感光纖連接所述環(huán)形器，每條傳感光纖上的環(huán)形器與所述第二 I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述所述第二 IXN光開關(guān)另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述第一 IXN光開關(guān)和第二 IXN光開關(guān)分別與所述時(shí)鐘電路連接。其中，光源模塊由光源、調(diào)制器和放大器順序相連組成，并且光源使用窄線寬光源，相干長(zhǎng)度大于100km。檢測(cè)模塊由放大器、濾波器、探測(cè)器、采集卡和數(shù)據(jù)處理部分順序相連。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法。包括如下步驟:
[0058]步驟1:窄線寬激光器發(fā)出連續(xù)的連續(xù)光波經(jīng)過調(diào)制器之后變?yōu)槊}沖光，脈沖持續(xù)時(shí)間為At，脈沖周期為T，占空比為Λ t/T，經(jīng)過放大器之后的脈沖光波經(jīng)過第一 I XN光開關(guān)分為N路脈沖光進(jìn)入傳感光纖。
[0059]步驟2:脈沖光經(jīng)過第一 I XN光開關(guān)和環(huán)形器后在傳感光纖中傳輸，脈沖光產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)第二 IXN光開關(guān)進(jìn)入檢測(cè)模塊；
[0060]時(shí)鐘電路控制第一 I X N光開關(guān)使得脈沖光進(jìn)入環(huán)形器之后進(jìn)入傳感光纖I，傳感光纖I的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,第一路脈沖光在傳感光纖I內(nèi)的傳輸時(shí)間為t1:傳感光纖I里的后向瑞利散射光信號(hào)通過第二 I XN光開關(guān)之后進(jìn)入檢測(cè)模塊。
[0061]參見圖4，經(jīng)過與第一路脈沖光在傳感光纖I中傳輸相等的時(shí)間h之后，第一 IXN光開關(guān)和第二 IXN光開關(guān)經(jīng)過時(shí)鐘電路控制同時(shí)從第I通道切換到第2通道，第二路脈沖光經(jīng)過第一 I XN光開關(guān)和環(huán)形器后進(jìn)入傳感光纖2,傳感光纖2的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,第二路脈沖光在傳感光纖2內(nèi)的傳輸時(shí)間為&，傳感光纖2里的后向瑞利散射光信號(hào)通過第二 IXN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)模塊。
[0062]以此類推，當(dāng)?shù)谝?I X N光開關(guān)和第二 I X N光開關(guān)經(jīng)過時(shí)鐘電路控制同時(shí)打開第i通道時(shí)，第i路脈沖光在第i路傳感光纖內(nèi)傳輸，傳感光纖i的長(zhǎng)度為L(zhǎng)i,傳感光纖i中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過第二 I XN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)裝置，
[0063]第i路脈沖光的后向相干瑞利散射光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間通過公式⑵進(jìn)行計(jì)算:
[0064]' =三工 (? = 1,2,-轉(zhuǎn)(2)
[0065]且每條傳感光纖中瑞利散射光存在時(shí)間滿足條件:
[0066]W...+!^ = T
[0067]也就是說，當(dāng)?shù)谝?I X N光開關(guān)和第二 I X N光開關(guān)在時(shí)鐘電路的控制下，同時(shí)從第1-Ι通道轉(zhuǎn)換到第i通道時(shí)，第1-Ι通道轉(zhuǎn)換到第i通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光的后向瑞利散射光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間ti相等，即Sti = ti ；
[0068]其中，η為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖光的脈沖周期，i = 1，2，3，…N ；
[0069]步驟3:傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)進(jìn)入檢測(cè)模塊后，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過第一 IXN光開關(guān)和第二IXN光開關(guān)控制各條傳感光纖的振動(dòng)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)。
[0070]步驟4:當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，此傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)。
[0071]步驟5:不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
[0072]通過兩個(gè)I XN光開關(guān)來分別對(duì)每條傳感光纖分時(shí)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，采集卡對(duì)傳感光纖中的瑞利散射信號(hào)進(jìn)行順序采集，每條傳感光纖之間的信號(hào)互不干擾。按照這樣的分時(shí)振動(dòng)檢測(cè)順序和檢測(cè)方法，能夠保證在一個(gè)脈沖周期T內(nèi)都有相干瑞利散射光的存在，檢測(cè)模塊的采集卡實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，提高了采集卡的利用率；并且能夠?qū)崿F(xiàn)基于相干瑞利散射光的多路振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)。
[0073]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，包括如下步驟: 1)光源模塊發(fā)出的脈沖光經(jīng)IXN耦合器分為N路脈沖光； 2)各路脈沖光經(jīng)延遲器和環(huán)形器后產(chǎn)生后向瑞利散射光信號(hào)； 第i路脈沖光經(jīng)過環(huán)形器和/或延遲器后在長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的傳感光纖i中的傳輸時(shí)間為\ ;所述第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間\計(jì)算公式為: f.= (? = 1/2.,.,.尋 第i+Ι路脈沖光經(jīng)過延遲器i和環(huán)形器之后進(jìn)入傳感光纖i+Ι，所述延遲器i的延遲時(shí)間Λ \與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間為\相等，即\ = Λ ti ;且各路脈沖光在傳感光纖中的傳輸時(shí)間與脈沖光的脈沖周期T滿足: W...+tN = τ 其中，η為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖光的脈沖周期，i = 1，2，3，…N; 3)傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過IXN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)模塊，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過延遲器和IXN光開關(guān)控制各條傳感光纖的振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)；所述IXN光開關(guān)的第1-Ι通道和第i通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間\相等，即Sti = ti = Δ ti ； 4)當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)； 5)不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
2.一種基于相干瑞利散射的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，包括如下步驟: 1)光源模塊發(fā)出脈沖光，第一IXN光開關(guān)將其分為N路脈沖光； 2)脈沖光經(jīng)過第一I XN光開關(guān)和環(huán)形器后在傳感光纖中傳輸,脈沖光產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)第二 IXN光開關(guān)進(jìn)入檢測(cè)模塊； 第i路脈沖光經(jīng)過第一 IXN光開關(guān)和環(huán)形器后在長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的傳感光纖i中傳輸時(shí)間為ti;傳感光纖i中的后向瑞利散射光信號(hào)通過第二 IXN光開關(guān)進(jìn)入檢測(cè)模塊，經(jīng)過時(shí)間t后，第一 I XN光開關(guān)和第二 I XN光開關(guān)同時(shí)從第i通道切換到第i+Ι通道，然后第i+1路脈沖光經(jīng)過第一 I X N光開關(guān)和環(huán)形器后進(jìn)入傳感光纖i+Ι中傳輸，傳感光纖i+Ι中的后向瑞利散射光信號(hào)經(jīng)過第二 I XN光開關(guān)后進(jìn)入檢測(cè)裝置；所述傳輸時(shí)間\的計(jì)算公式為: t =— (.= 1.2,,,,N) 且每條傳感光纖中瑞利散射光存在時(shí)間滿足條件: W...+tN = T 所述第一 IXN光開關(guān)和第二 IXN光開關(guān)的不同信道之間的轉(zhuǎn)換由時(shí)鐘電路控制同步切換，且所述第一 I XN光開關(guān)和第二 I XN光開關(guān)的第1-Ι通道和第i通道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間Sti與第i路脈沖光在傳感光纖i中的傳輸時(shí)間ti相等，即Sti = ti ； 其中，η為傳感光纖纖芯折射率，Li為傳感光纖i的長(zhǎng)度，c為真空中光速，T為脈沖光的脈沖周期，i = 1，2，3，…N; 3)傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)進(jìn)入檢測(cè)模塊后，檢測(cè)模塊的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)處理部分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過第一 IXN光開關(guān)和第二 IXN光開關(guān)控制各條傳感光纖的振動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)傳感光纖的分時(shí)檢測(cè)； 4)當(dāng)有振動(dòng)信號(hào)作用在傳感光纖上時(shí)，此傳感光纖中的后向瑞利散射光信號(hào)發(fā)生較大的擾動(dòng)，對(duì)該擾動(dòng)捕捉和定位從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)； 5)不同的振動(dòng)事件作用在傳感光纖上時(shí)造成的擾動(dòng)信號(hào)會(huì)有不同，通過對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于:所述光源為窄線寬激光器發(fā)出的光，所述窄線寬激光器發(fā)出的連續(xù)的連續(xù)光波經(jīng)調(diào)制器變?yōu)槊}沖光再經(jīng)放大器放大，所述脈沖光的脈沖持續(xù)時(shí)間為Λ t，脈沖周期為T，占空比為At/To
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路振動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于:所述窄線寬激光器發(fā)出的光源的相干長(zhǎng)度大于100km，且所述窄線寬激光器發(fā)出的光源的相干長(zhǎng)度大于傳感光纖的長(zhǎng)度。
5.一種基于權(quán)利要求1所述多路振動(dòng)檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括光源模塊、I X N耦合器、環(huán)形器、延遲器、I X N光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述I X N耦合器的一端，所述I XN耦合器的N路輸出端分別通過傳感光纖連接所述延遲器和環(huán)形器，所述環(huán)形器分別與所述I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述I XN光開關(guān)另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述傳感光纖中從傳感光纖2到傳感光纖N上分別依次連接延遲器I到延遲器 N-1。
6.一種基于權(quán)利要求2所述多路振動(dòng)檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括光源模塊、第一 IXN光開關(guān)、時(shí)鐘電路、環(huán)形器、第二 IXN光開關(guān)及檢測(cè)模塊，所述光源模塊接入所述第一 I XN光開關(guān)的一端,所述第一 I XN光開關(guān)的N路輸出端分別通過傳感光纖連接所述環(huán)形器，所述環(huán)形器分別與所述第二 I XN光開關(guān)的N路輸出端相連，所述第二 I XN光開關(guān)的另一端與所述檢測(cè)模塊相接，所述第一 IXN光開關(guān)和所述第二 IXN光開關(guān)分別與所述時(shí)鐘連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述光源模塊由光源、調(diào)制器和放大器順序相連組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述光源采用窄線寬光源，相干長(zhǎng)度大于100km。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測(cè)模塊由放大器、濾波器、探測(cè)器、采集卡和數(shù)據(jù)處理部分順序相連。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK104198030SQ201410437497
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】周琰, 田孝忠, 譚東杰, 孫巍, 馬云賓, 劉路, 孟佳, 邱紅輝, 王海明, 蔡永軍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司
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