分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)采樣控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其涉及一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)采樣控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)的逐步完善，分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著應(yīng)用的深入，現(xiàn)有系統(tǒng)的一些缺陷也逐漸曝露了出來(lái)，其中一種較為顯著的缺陷是，系統(tǒng)可探測(cè)頻率的上限需要受傳感光纖長(zhǎng)度限制，造成這一問(wèn)題的原因是:現(xiàn)有的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)通常采用均勻采樣模式來(lái)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，即以固定的重復(fù)頻率向傳感光纖注入脈沖光，基于現(xiàn)有理論可知，采用均勻采樣模式時(shí)，系統(tǒng)可探測(cè)頻率須滿(mǎn)足奈奎斯特頻率條件(即系統(tǒng)可探測(cè)頻率須小于或等于fs的l/2，fs為由傳感光纖長(zhǎng)度決定的脈沖最大可重復(fù)頻率)，否則就會(huì)導(dǎo)致混疊頻率的出現(xiàn)，從而使真實(shí)信號(hào)被混疊頻率所掩蓋，無(wú)法獲取到有效的信息，而在實(shí)際應(yīng)用中，傳感光纖的長(zhǎng)度隨著應(yīng)用需求不斷增大，導(dǎo)致fs的數(shù)值不斷縮減，這就使得系統(tǒng)可探測(cè)頻率被進(jìn)一步降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法對(duì)諸如管道泄露、材料斷裂等高頻振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)采樣控制方法，所述分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)由光源、電光調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、三端口環(huán)形器、傳感光纖、光電探測(cè)器和數(shù)據(jù)采集卡組成;所述光源與電光調(diào)制器的輸入端光路連接，電光調(diào)制器的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器的輸出端與三端口環(huán)形器的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖的一端光路連接，三端口環(huán)形器的輸出端與光電探測(cè)器的輸入端光路連接，光電探測(cè)器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡電氣連接，脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端與電光調(diào)制器的信號(hào)輸入端電氣連接，傳感光纖布設(shè)于監(jiān)測(cè)空間內(nèi)；所述光源用于提供檢測(cè)光，所述電光調(diào)制器能根據(jù)脈沖發(fā)生器提供的脈沖信號(hào)將檢測(cè)光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器能對(duì)電光調(diào)制器輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后的脈沖光通過(guò)三端口環(huán)形器的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖內(nèi)并在傳感光纖內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過(guò)三端口環(huán)形器的輸出端輸出至光電探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集卡能對(duì)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行采集；當(dāng)有外部振動(dòng)加載在傳感光纖上時(shí)，振動(dòng)位置處的后向瑞利散射光幅值就會(huì)發(fā)生變化，對(duì)數(shù)據(jù)采集卡采集到的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，從而提取出振動(dòng)的頻率信息；前述的內(nèi)容即為現(xiàn)有技術(shù)中典型的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)及其工作原理;本發(fā)明的創(chuàng)新在于:所述采樣控制方法包括:
在一個(gè)采樣周期內(nèi)，將多個(gè)脈沖光組逐個(gè)注入傳感光纖內(nèi)，單個(gè)脈沖光組包含多個(gè)脈沖光，多個(gè)脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個(gè)采樣周期結(jié)束后，對(duì)本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號(hào)進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動(dòng)的頻率信息。
[0004]本發(fā)明的原理是:本發(fā)明中的脈沖光注入方式使得檢測(cè)信號(hào)為一組時(shí)域?yàn)榉蔷鶆蛑芷诜植嫉拿}沖光信號(hào)，采樣時(shí)間間隔是非均勻周期分布的，這些頻率成分之間沒(méi)有相關(guān)性，在這種情況下，當(dāng)系統(tǒng)可探測(cè)頻率大于f s的1/2時(shí)，即使存在混疊頻率，混疊頻率也會(huì)十分分散，不會(huì)出現(xiàn)大量幅值重疊的情況，從而使整個(gè)頻率段內(nèi)除了信號(hào)頻率外沒(méi)有占優(yōu)勢(shì)的頻率成分，這就大大的擴(kuò)展了系統(tǒng)可探測(cè)頻率的上限，解除傳感光纖長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)可探測(cè)頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
[0005]優(yōu)選地，所述脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為OV。
[0006]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:解除傳感光纖長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)可探測(cè)頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1、典型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)原理示意圖；
圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)分別為:光源1、電光調(diào)制器2、脈沖發(fā)生器3、摻鉺光纖放大器4、三端口環(huán)形器5、傳感光纖6、光電探測(cè)器7、數(shù)據(jù)采集卡8。
【具體實(shí)施方式】
[0008]—種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)米樣控制方法，所述分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)由光源1、電光調(diào)制器2、脈沖發(fā)生器3、摻鉺光纖放大器4、三端口環(huán)形器5、傳感光纖6、光電探測(cè)器7和數(shù)據(jù)采集卡8組成;所述光源I與電光調(diào)制器2的輸入端光路連接，電光調(diào)制器2的輸出端與摻鉺光纖放大器4的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器4的輸出端與三端口環(huán)形器5的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器5的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖6的一端光路連接，三端口環(huán)形器5的輸出端與光電探測(cè)器7的輸入端光路連接，光電探測(cè)器7的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡8電氣連接，脈沖發(fā)生器3的信號(hào)輸出端與電光調(diào)制器2的信號(hào)輸入端電氣連接，傳感光纖6布設(shè)于監(jiān)測(cè)空間內(nèi)；所述光源I用于提供檢測(cè)光，所述電光調(diào)制器2能根據(jù)脈沖發(fā)生器3提供的脈沖信號(hào)將檢測(cè)光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器4能對(duì)電光調(diào)制器2輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器4放大后的脈沖光通過(guò)三端口環(huán)形器5的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖6內(nèi)并在傳感光纖6內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過(guò)三端口環(huán)形器5的輸出端輸出至光電探測(cè)器7，數(shù)據(jù)采集卡8能對(duì)光電探測(cè)器7的輸出信號(hào)進(jìn)行采集；當(dāng)有外部振動(dòng)加載在傳感光纖6上時(shí)，振動(dòng)位置處的后向瑞利散射光幅值就會(huì)發(fā)生變化，對(duì)數(shù)據(jù)采集卡8采集到的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，從而提取出振動(dòng)的頻率信息；
其創(chuàng)新在于:所述采樣控制方法包括:
在一個(gè)采樣周期內(nèi)，將多個(gè)脈沖光組逐個(gè)注入傳感光纖6內(nèi)，單個(gè)脈沖光組包含多個(gè)脈沖光，多個(gè)脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個(gè)采樣周期結(jié)束后，對(duì)本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡8的輸出信號(hào)進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動(dòng)的頻率信息。具體實(shí)施時(shí)，非均勻傅立葉變換處理按現(xiàn)有的非均勻傅立葉變換的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行。
[0009]進(jìn)一步地，所述脈沖發(fā)生器3輸出的脈沖信號(hào)的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為ον。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)米樣控制方法，所述分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)由光源(1)、電光調(diào)制器(2)、脈沖發(fā)生器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、三端口環(huán)形器(5)、傳感光纖(6)、光電探測(cè)器(7)和數(shù)據(jù)采集卡(8)組成;所述光源(I)與電光調(diào)制器(2)的輸入端光路連接，電光調(diào)制器(2 )的輸出端與摻鉺光纖放大器(4 )的輸入端光路連接，摻鉺光纖放大器(4 )的輸出端與三端口環(huán)形器(5)的輸入端光路連接，三端口環(huán)形器(5)的收發(fā)復(fù)用端與傳感光纖(6)的一端光路連接，三端口環(huán)形器(5)的輸出端與光電探測(cè)器(7)的輸入端光路連接，光電探測(cè)器(7)的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(8)電氣連接，脈沖發(fā)生器(3)的信號(hào)輸出端與電光調(diào)制器(2)的信號(hào)輸入端電氣連接，傳感光纖(6)布設(shè)于監(jiān)測(cè)空間內(nèi)；所述光源(I)用于提供檢測(cè)光，所述電光調(diào)制器(2)能根據(jù)脈沖發(fā)生器(3)提供的脈沖信號(hào)將檢測(cè)光調(diào)制為相應(yīng)的脈沖光，所述摻鉺光纖放大器(4)能對(duì)電光調(diào)制器(2)輸出的脈沖光進(jìn)行放大處理，經(jīng)摻鉺光纖放大器(4)放大后的脈沖光通過(guò)三端口環(huán)形器(5)的收發(fā)復(fù)用端注入傳感光纖(6)內(nèi)并在傳感光纖(6 )內(nèi)激發(fā)出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通過(guò)三端口環(huán)形器(5 )的輸出端輸出至光電探測(cè)器(7)，數(shù)據(jù)采集卡(8)能對(duì)光電探測(cè)器(7)的輸出信號(hào)進(jìn)行采集;當(dāng)有外部振動(dòng)加載在傳感光纖(6)上時(shí)，振動(dòng)位置處的后向瑞利散射光幅值就會(huì)發(fā)生變化，對(duì)數(shù)據(jù)采集卡(8)采集到的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，從而提取出振動(dòng)的頻率信息； 其特征在于:所述采樣控制方法包括: 在一個(gè)采樣周期內(nèi)，將多個(gè)脈沖光組逐個(gè)注入傳感光纖(6)內(nèi)，單個(gè)脈沖光組包含多個(gè)脈沖光，多個(gè)脈沖光組內(nèi)的脈沖光數(shù)量相同，不同脈沖光組內(nèi)脈沖光的重復(fù)頻率不同；單個(gè)采樣周期結(jié)束后，對(duì)本采樣周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡(8)的輸出信號(hào)進(jìn)行非均勻傅立葉變換處理，從而提取出高頻振動(dòng)的頻率信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)采樣控制方法，其特征在于:所述脈沖發(fā)生器(3)輸出的脈沖信號(hào)的脈寬為50ns、高電平幅值為5V、低電平幅值為0V。
【專(zhuān)利摘要】一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)采樣控制方法，其創(chuàng)新在于：向分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)提供非均勻周期分布的脈沖光信號(hào)并進(jìn)行采樣；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：解除傳感光纖長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)可探測(cè)頻率上限的限制，使系統(tǒng)可以對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
【IPC分類(lèi)】G01H9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105547459
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610030181
【發(fā)明人】朱濤, 何茜
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日