CN110763259A - 一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其通过控制两个采集通道开始采样的时间、及求两个采集通道的差值来实现。本发明的优点是：第一、两个采集通道的开始采样时间差可以远小于光脉冲宽度，因此可以大大提高空间分辨率；第二、两个通道的采样时间差可以调节，因此可实现可变空间分辨率。

Description

一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法
技术领域
本发明涉及时域分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，是一种提高时域分布式光纤传感系统空间分辨率的方法。
背景技术
分布式光纤传感系统具有广阔的应用前景，可用于管道泄漏及入侵的监测、可用于周界安防的监测、可用于桥梁隧道的健康监测、可用于山体滑坡的监测、对保障人民的生命、财产安全具有重要的意义。
在时域分布式光纤传感中，空间分辨率由光脉冲的宽度决定。但是，光脉冲宽度越窄，系统对器件的速率要求就越高，导到系统成本增加。对于分布式布里渊光纤传感系统，光脉冲的宽度还受限于声子寿命，一般只能为10纳秒。
基于此，我们提出了一种基于差分的提高时域分布式光纤传感系统空间分辨率的方法。
发明内容
本发明所要解决的问题是：将空间分辨率突破光脉冲宽度的限制。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：
（1）、采用两个A/D，采样频率均为f=1/(Δτp)，其中Δτp是光脉冲宽度的一半，相应的空间分辨率δL=cΔτp/(n)，其中c是真空中光速，n是折射率。
（2）、其中一个A/D在t0+iΔτp时刻采样，另一个A/D在t0+Δτc +iΔτp时刻采样。其中，i是自然数。
（3）、设第1个A/D采集到的信号为I1(t)，第2个A/D采集到的信号为I2(t)，如果进入两个A/D的信号大小及两个A/D的性能完全一样，则I2(t)= I1(t)。按采样时序进行相减，I2(t0+Δτc +iΔτp)- I1(t0+iΔτp)。
（4）、对于分布式光纤传感系统，某一时刻采样到的信号其实是由光脉冲宽度所决定的空间分辨率长度上传感光纤后向散射的叠加。则I2(t0+Δτc +iΔτp)- I1(t0+iΔτp)的差值是由传感光纤段(i+1)δL至(i+1)δL+cΔτc/n和传感光纤段iδL至iδL+cΔτc/n的外界的参数不同所导致。
（5）、如果实时监测0至cΔτc/n传感光纤段的参数，则可以获得δL至δL+cΔτc/n光纤段的参数；再根据δL至δL+cΔτc/n光纤段的参数，可进一步获得2δL至2δL+cΔτc/n；重复该过程就可以获得任意段(i+1)δL至(i+1)δL+cΔτc/n传感光纤的参数。
（6）、因此，实现了cΔτc/n的空间分辨率。
（7）、如果改变两个A/D的采样时间差Δτc，则可实现可变空间分辨率。
综合以上方法和理论分析，可以得出：
一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其特征在于，方法步骤如下：
（1）用嵌入式系统控制两个A/D采集模块的采样频率和采样时间差。使两个A/D采集模块的采样频率均为f=1/(Δτp)，其中Δτp是光脉冲宽度的一半、采样时间差为Δτc，其中Δτc的值小于Δτp；
（2）记录两个A/D的采样值I2(t0+Δτc +iΔτp)和I1(t0+iΔτp)， i是自然数，t0是常数；
（3）测量0至cΔτc/n传感光纤段的参数，具体的测量参数由测量系统决定，可以是温度，也可以是应力等；
（4）将两个A/D采集模块所采集到的数据相减，再结合前段传感光纤已经测到的参数，则由相减后的信号可定出(i+1)δL至(i+1)δL+cΔτc/n传感光纤段的参数；
（5）通过改变采样时间差Δτc，则可以改变空间分辨率。
进一步地，上述的具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其特征在于：所述的两个A/D采集模块可用主机控制数据采集卡的两个通道代替。
本发明的有益效果为：1、两个采集通道的开始采样时间差可以远小于光脉冲宽度，因此可以大大提高空间分辨率，将空间分辨率突破光脉冲宽度的限制；2、两个通道的采样时间差可以调节，因此可实现可变空间分辨率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是两个A/D的采样时刻示意图。两个A/D的采样频率f=1/(Δτp)，采样时间差为Δτc。
具体实施方式
实施例：如图1，一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其步骤如下：
a）设定两个A/D的采样频率为f=1/(Δτp)，Δτp是光脉冲宽度的一半，采样时间差为Δτc；
b）测试0至cΔτc/n传感光纤段的参数，具体的测量参数由测量系统决定，比如是温度和应力；
c）记录两个A/D的采样值I2(t0+Δτc +iΔτp)和I1(t0+iΔτp)， i是自然数；
d）求I2(t0+Δτc +iΔτp)-I1(t0+iΔτp)；
e）由于0至cΔτc/n传感光纤段的参数已经测定，再结合I2(t0+Δτc +iΔτp)-I1(t0+iΔτp)，则依次可以获得(i+1)δL至(i+1)δL+cΔτc/n传感光纤段的参数。因此，空间分辨率由cΔτc/n确定。
f）改变Δτc的值，并重复上面的步骤，则可实现不同大小的空间分辨率。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其特征在于，方法步骤如下：
（1）用嵌入式系统控制两个A/D采集模块的采样频率和采样时间差；使两个A/D采集模块的采样频率均为f=1/(Δτp)，其中Δτp是光脉冲宽度的一半、采样时间差为Δτc，其中Δτc的值小于Δτp；
（2）记录两个A/D的采样值I2(t0+Δτc +iΔτp)和I1(t0+iΔτp)， i是自然数，t0是常数；
（3）测量0至cΔτc/n传感光纤段的参数，具体的测量参数由测量系统决定；
（4）将两个A/D采集模块所采集到的数据相减，再结合前段传感光纤已经测到的参数，则由相减后的信号可定出(i+1)δL至(i+1)δL+cΔτc/n传感光纤段的参数；
（5）通过改变采样时间差Δτc，则可以改变空间分辨率。
2.根据权利要求1所述的具有可变空间分辨率的时域分布式光纤传感方法，其特征在于：所述的两个A/D采集模块可用主机控制数据采集卡的两个通道代替。
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