CN105547459A - 分布式光纤振动传感系统采样控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种分布式光纤振动传感系统采样控制方法，其创新在于：向分布式光纤振动传感系统提供非均匀周期分布的脉冲光信号并进行采样；本发明的有益技术效果是：解除传感光纤长度对系统可探测频率上限的限制，使系统可以对高频信号进行检测。

Description

分布式光纤振动传感系统采样控制方法
技术领域
本发明涉及一种光纤传感技术，尤其涉及一种分布式光纤振动传感系统采样控制方法。
背景技术
随着分布式光纤振动传感技术的逐步完善，分布式光纤振动传感系统得到了广泛的应用，但随着应用的深入，现有系统的一些缺陷也逐渐曝露了出来，其中一种较为显著的缺陷是，系统可探测频率的上限需要受传感光纤长度限制，造成这一问题的原因是：现有的分布式光纤振动传感系统通常采用均匀采样模式来进行振动检测，即以固定的重复频率向传感光纤注入脉冲光，基于现有理论可知，采用均匀采样模式时，系统可探测频率须满足奈奎斯特频率条件（即系统可探测频率须小于或等于fs的1/2，fs为由传感光纤长度决定的脉冲最大可重复频率），否则就会导致混叠频率的出现，从而使真实信号被混叠频率所掩盖，无法获取到有效的信息，而在实际应用中，传感光纤的长度随着应用需求不断增大，导致fs的数值不断缩减，这就使得系统可探测频率被进一步降低，从而导致系统无法对诸如管道泄露、材料断裂等高频振动信号进行检测。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种分布式光纤振动传感系统采样控制方法，所述分布式光纤振动传感系统由光源、电光调制器、脉冲发生器、掺铒光纤放大器、三端口环形器、传感光纤、光电探测器和数据采集卡组成；所述光源与电光调制器的输入端光路连接，电光调制器的输出端与掺铒光纤放大器的输入端光路连接，掺铒光纤放大器的输出端与三端口环形器的输入端光路连接，三端口环形器的收发复用端与传感光纤的一端光路连接，三端口环形器的输出端与光电探测器的输入端光路连接，光电探测器的输出端与数据采集卡电气连接，脉冲发生器的信号输出端与电光调制器的信号输入端电气连接，传感光纤布设于监测空间内；所述光源用于提供检测光，所述电光调制器能根据脉冲发生器提供的脉冲信号将检测光调制为相应的脉冲光，所述掺铒光纤放大器能对电光调制器输出的脉冲光进行放大处理，经掺铒光纤放大器放大后的脉冲光通过三端口环形器的收发复用端注入传感光纤内并在传感光纤内激发出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通过三端口环形器的输出端输出至光电探测器，数据采集卡能对光电探测器的输出信号进行采集；当有外部振动加载在传感光纤上时，振动位置处的后向瑞利散射光幅值就会发生变化，对数据采集卡采集到的时域信号进行处理，从而提取出振动的频率信息；前述的内容即为现有技术中典型的分布式光纤振动传感系统及其工作原理；本发明的创新在于：所述采样控制方法包括：
在一个采样周期内，将多个脉冲光组逐个注入传感光纤内，单个脉冲光组包含多个脉冲光，多个脉冲光组内的脉冲光数量相同，不同脉冲光组内脉冲光的重复频率不同；单个采样周期结束后，对本采样周期内数据采集卡的输出信号进行非均匀傅立叶变换处理，从而提取出高频振动的频率信息。
本发明的原理是：本发明中的脉冲光注入方式使得检测信号为一组时域为非均匀周期分布的脉冲光信号，采样时间间隔是非均匀周期分布的，这些频率成分之间没有相关性，在这种情况下，当系统可探测频率大于fs的1/2时，即使存在混叠频率，混叠频率也会十分分散，不会出现大量幅值重叠的情况，从而使整个频率段内除了信号频率外没有占优势的频率成分，这就大大的扩展了系统可探测频率的上限，解除传感光纤长度对系统可探测频率上限的限制，使系统可以对高频信号进行检测。
优选地，所述脉冲发生器输出的脉冲信号的脉宽为50ns、高电平幅值为5V、低电平幅值为0V。
本发明的有益技术效果是：解除传感光纤长度对系统可探测频率上限的限制，使系统可以对高频信号进行检测。
附图说明
图1、典型分布式光纤振动传感系统原理示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：光源1、电光调制器2、脉冲发生器3、掺铒光纤放大器4、三端口环形器5、传感光纤6、光电探测器7、数据采集卡8。
具体实施方式
一种分布式光纤振动传感系统采样控制方法，所述分布式光纤振动传感系统由光源1、电光调制器2、脉冲发生器3、掺铒光纤放大器4、三端口环形器5、传感光纤6、光电探测器7和数据采集卡8组成；所述光源1与电光调制器2的输入端光路连接，电光调制器2的输出端与掺铒光纤放大器4的输入端光路连接，掺铒光纤放大器4的输出端与三端口环形器5的输入端光路连接，三端口环形器5的收发复用端与传感光纤6的一端光路连接，三端口环形器5的输出端与光电探测器7的输入端光路连接，光电探测器7的输出端与数据采集卡8电气连接，脉冲发生器3的信号输出端与电光调制器2的信号输入端电气连接，传感光纤6布设于监测空间内；所述光源1用于提供检测光，所述电光调制器2能根据脉冲发生器3提供的脉冲信号将检测光调制为相应的脉冲光，所述掺铒光纤放大器4能对电光调制器2输出的脉冲光进行放大处理，经掺铒光纤放大器4放大后的脉冲光通过三端口环形器5的收发复用端注入传感光纤6内并在传感光纤6内激发出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通过三端口环形器5的输出端输出至光电探测器7，数据采集卡8能对光电探测器7的输出信号进行采集；当有外部振动加载在传感光纤6上时，振动位置处的后向瑞利散射光幅值就会发生变化，对数据采集卡8采集到的时域信号进行处理，从而提取出振动的频率信息；
其创新在于：所述采样控制方法包括：
在一个采样周期内，将多个脉冲光组逐个注入传感光纤6内，单个脉冲光组包含多个脉冲光，多个脉冲光组内的脉冲光数量相同，不同脉冲光组内脉冲光的重复频率不同；单个采样周期结束后，对本采样周期内数据采集卡8的输出信号进行非均匀傅立叶变换处理，从而提取出高频振动的频率信息。具体实施时，非均匀傅立叶变换处理按现有的非均匀傅立叶变换的数学模型进行。
进一步地，所述脉冲发生器3输出的脉冲信号的脉宽为50ns、高电平幅值为5V、低电平幅值为0V。

Claims (2)

1.一种分布式光纤振动传感系统采样控制方法，所述分布式光纤振动传感系统由光源（1）、电光调制器（2）、脉冲发生器（3）、掺铒光纤放大器（4）、三端口环形器（5）、传感光纤（6）、光电探测器（7）和数据采集卡（8）组成；所述光源（1）与电光调制器（2）的输入端光路连接，电光调制器（2）的输出端与掺铒光纤放大器（4）的输入端光路连接，掺铒光纤放大器（4）的输出端与三端口环形器（5）的输入端光路连接，三端口环形器（5）的收发复用端与传感光纤（6）的一端光路连接，三端口环形器（5）的输出端与光电探测器（7）的输入端光路连接，光电探测器（7）的输出端与数据采集卡（8）电气连接，脉冲发生器（3）的信号输出端与电光调制器（2）的信号输入端电气连接，传感光纤（6）布设于监测空间内；所述光源（1）用于提供检测光，所述电光调制器（2）能根据脉冲发生器（3）提供的脉冲信号将检测光调制为相应的脉冲光，所述掺铒光纤放大器（4）能对电光调制器（2）输出的脉冲光进行放大处理，经掺铒光纤放大器（4）放大后的脉冲光通过三端口环形器（5）的收发复用端注入传感光纤（6）内并在传感光纤（6）内激发出后向瑞利散射光，后向瑞利散射光通过三端口环形器（5）的输出端输出至光电探测器（7），数据采集卡（8）能对光电探测器（7）的输出信号进行采集；当有外部振动加载在传感光纤（6）上时，振动位置处的后向瑞利散射光幅值就会发生变化，对数据采集卡（8）采集到的时域信号进行处理，从而提取出振动的频率信息；
其特征在于：所述采样控制方法包括：
在一个采样周期内，将多个脉冲光组逐个注入传感光纤（6）内，单个脉冲光组包含多个脉冲光，多个脉冲光组内的脉冲光数量相同，不同脉冲光组内脉冲光的重复频率不同；单个采样周期结束后，对本采样周期内数据采集卡（8）的输出信号进行非均匀傅立叶变换处理，从而提取出高频振动的频率信息。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感系统采样控制方法，其特征在于：所述脉冲发生器（3）输出的脉冲信号的脉宽为50ns、高电平幅值为5V、低电平幅值为0V。
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