CN112747815A - 一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法 - Google Patents
一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，包括：将n个背向瑞利散射信号与本地参考光相干拍频并转换成电信号；对电信号进行相位调解得到复振幅；将每个时间序的背向瑞利散射信号的复振幅以第一个时间序的背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，得到旋转后复振幅，对每个旋转后复振幅以a个第一采样间距为第一窗口进行移动求和得到求和后复振幅；根据求和后复振幅求得求和后振幅和求和后相位；将求和后相位在空间域上进行第二窗口滑动差分计算，得到差分相位曲线；根据相位解缠绕后的差分相位曲线判断振动位置；本发明的相干衰落噪声抑制方法不需要增加额外的设备即可抑制相关衰落，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光纤声波传感系统技术领域，尤其是一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法。
背景技术
基于相位敏感光时域反射(φ-OTDR)的分布式光纤声波传感(DAS) 技术通过对光纤中背向瑞利散射光的相位信息进行解调，可以准确还原振动事件的频率、强度和位置信息，被广泛应用于入侵监测、油气管线防外破监测、结构健康检测、地震波监测等领域。φ-OTDR技术通过提取分析振动区域前后位置的瑞利散射信号相位差的变化来实现振动信号的准确测量。由于φ-OTDR使用的激光器线宽很窄，在探测脉冲光脉冲宽度内产生的背向瑞利散射信号发生干涉，使得接收到的瑞利散射信号强度在某些区域非常小，即发生相干衰落，导致相应位置的解调信号严重失真，出现误报警，影响DAS设备的正常使用。
目前，为了抑制相干衰落现象，采用多个声光调制器生成多个中频信号的方案、采用电光相位调制器生成相移双脉冲的方案被相继提出，但这些方案需要使用额外的相位调制器或者声光调制器，提高了系统成本，因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，包括以下步骤：
步骤一，将n个连续时间序的探测脉冲分别在传感光缆上产生的背向瑞利散信号与本地参考光进行相干拍频得到n个所述拍频信号，并将n个所述拍频信号按照所述探测脉冲的时间顺序排序；
步骤二，所述拍频信号射向探测器，并经所述探测器探测，转换成电信号，其中，所述传感光缆上依次设置有m个等间隔设置的光纤采样点；
步骤三，所述信号采集处理模块对所述电信号进行相位调解得到所述背向瑞利散射信号的复振幅
其中，k为所述背向瑞利散射信号的时间序，1≤k≤n，j为所述光纤采样点对应的序号，1≤j≤m，所述背向瑞利散射信号的振幅为A(k,j)，相位为
步骤四，将每个时间序的所述背向瑞利散射信号的复振幅
以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，得到n 个旋转后复振幅
对每个所述旋转后复振幅
在空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行移动求和得到对应的求和后复振幅
其中，1≤j≤m-a，所述第一采样间距为相邻两个光纤采样点的间距；
步骤五，根据所述求和后复振幅
求得求和后振幅Af(k,j)＝abs[r(k,j)]和求和后相位
步骤六，将n个所述求和后相位
分别在以m个所述光纤采集点形成的空间域上进行第二窗口滑动差分计算，得到n条差分相位曲线；
步骤七，对所述差分相位曲线在n个探测脉冲的时间序形成的时域上进行相位解缠绕得到解缠绕后差分相位，根据每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，由于φ-OTDR使用的激光器线宽很窄，在探测脉冲光脉冲宽度内产生的背向瑞利散射信号发生干涉，使得接收到的瑞利散射信号强度在某些区域非常小，即发生相干衰落，导致相应位置的解调信号严重失真，出现误报警，影响DAS设备的正常使用，目前，为了抑制相干衰落现象，采用的方案需要使用额外的相位调制器或者声光调制器，提高了系统成本；而本发明公开的分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，先对背向瑞利散射信号进行拍频，再对拍频信号进行解调获取背向瑞利散射信号的复振幅，为降低噪声，在空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行复振幅移动求和，但是由矢量叠加和复数相加理论可知，多个复振幅求和可能会产生额外的振幅极小点，因此，在进行复振幅求和之前，本案将每个时间序的背向瑞利散射信号的复振幅以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，即、假定未发生振动等情况，对于同一位置点，n个时间序的相位理论上是相同的，因此，各个光纤位置点旋转后的相位近似相同，如果发生振动等情况，位于振动的位置后的多个光纤位置点，在不同时间序上的相位差理论上也是相同的，所以，按照参考相位旋转之后再进行移动平均可以消除原有的振幅极小点，降低噪声，同时避免新的极小点产生，即、抑制了相干衰弱，最后对求和后相位进行滑动差分和解缠绕，根据解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，因此本案的相干衰落噪声抑制方法不需要增加额外的相位调制器或者声光调制器，即可抑制相干衰落、结构简单、成本低、易于推广。
另外，根据本发明公开的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述步骤六中，对所述求和后相位在空间域以b个所述第一采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，1≤k≤n，1≤j≤m-b-a，b为为相邻两个所述光纤采样点间距的正整数倍。
更进一步地，所述步骤七中，根据每个所述第二窗口(即第j个光纤采集点到第j+b个光纤采集点)上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，离散程度可以为计算每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上的差分相位方差或者标准差，通过判断每个所述第二窗口的差分相位方差或者标准差与预设的阈值比较，当超过预设的阈值时，即可判定振动位置位于该第二窗口。
进一步地，所述步骤六中，将传感光缆上以c个所述第一采样距离为间隔进行分段，得到(m-a)/c个分段，并对该(m-a)/c个分段按照探测脉冲的传播方向依次排序，将第p个所述分段中所述求和后振幅 Af(k,j)＝abs[r(k,j)]在时域上均值最大的光纤采样点jp对应的所述求和后相位作为该分段的分段相位
对所述分段相位在空间域以b2个第二采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，p为所述分段对应的序号，1≤p≤ (N-a)/c-b2，所述第二采样距离为c个所述第一采样距离。
每一分段都选择求和后振幅在时域上均值最大的光纤采集点所对应的相位作为这一分段的相位值，以进一步排除衰落噪声大的位置，提升信噪比。
更进一步地，所述步骤七中，根据每个所述第二窗口(即第p个分段到第p+b2个分段)上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，离散程度可以为计算每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上的差分相位方差或者标准差，通过判断每个所述第二窗口的差分相位方差或者标准差与预设的阈值比较，当超过预设的阈值时，即可判定振动位置位于该第二窗口。
进一步地，对所述传感光缆进行等间隔分段得到q个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q个所述分区分别对应的c沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
更进一步地，q个所述分区分别对应的c沿着所述探测脉冲的传播方向呈等差递增变化。
进一步地，其特征在于，对所述传感光缆进行等间隔分段得到q个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q个所述分区分别对应的a沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
更进一步地，q个所述分区分别对应的a沿着所述探测脉冲的传播方向呈等差递增变化。
在远距离光纤传感应用中，将光缆进行分区，对距离远的分区采用更大的分段长度以抑制相干衰落，对距离近的分区采用小的分段长度以保证空间分辨率和定位精度，如此可以使用较短的光脉冲来实现长距离光纤传感，同时保证近距离处的空间分辨率和定位精度。
如使用200ns脉宽的光源进行60km光纤传感，可以将传感光缆分为3 个分区，0～20km为第一个分区，该分区内的a个第一采样间距和c个采样间距分别取10m；第20～40km为第二个分区，该分区内的a个第一采样间距和c个第一采样间距分别取20m；第40～60km为第三个分区，该分区内的a个第一采样间距和c个采样间距分别取30m。
进一步地，激光器射出的激光束经过第一光纤耦合器分成两路，一路激光束作为本地参考光进入第二光纤耦合器；另一路激光束经过所述声光调制器被调制成脉冲光，所述脉冲光经过光纤放大器放大后射入所述光环形器的第一端口并从所述光环形器的第二端口射向所述传感光缆，所述探测脉冲在所述传感光缆上产生的所述背向瑞利散射信号进入所述第二光纤耦合器与所述本地参考光进行相干拍频。
进一步地，在所述步骤三中，所述信号采集处理模块先对所述电信号进行带通滤波，再对滤波后的所述电信号进行相位解调。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的实施例中分布式光纤声波传感系统的结构原理图。
其中，1为激光器，2为第一光纤耦合器，3为第二光纤耦合器，4为声光调制器，5为光纤放大器，6为光环形器，7为探测器，8为信号采集处理模块，9为传感光缆。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的构思如下，提供一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，先对背向瑞利散射信号进行拍频，再对拍频信号进行解调获取背向瑞利散射信号的复振幅，为降低噪声，在空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行复振幅移动求和，但是由矢量叠加和复数相加理论可知，多个复振幅求和可能会产生额外的振幅极小点，因此，在进行复振幅求和之前，本案将每个时间序的背向瑞利散射信号的复振幅以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，即、假定未发生振动等情况，对于同一位置点，n个时间序的相位理论上是相同的，因此，各个光纤位置点旋转后的相位近似相同，如果发生振动等情况，位于振动的位置后的多个光纤位置点，在不同时间序上的相位差理论上也是相同的，所以，按照参考相位旋转之后再进行移动平均可以消除原有的振幅极小点，降低噪声，同时避免新的极小点产生，即、抑制了相干衰弱，最后对求和后相位进行滑动差分和解缠绕，根据解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，因此本案的相干衰落噪声抑制方法不需要增加额外的相位调制器或者声光调制器，即可抑制相干衰落、结构简单、成本低、易于推广。
下面将参照附图来描述本发明的分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，图1为本发明的实施例中分布式光纤声波传感系统的结构原理图。
如图1所示，根据本发明的实施例，分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法包括以下步骤：
步骤一，将n个连续时间序的探测脉冲分别在传感光缆9上产生的背向瑞利散射信号与本地参考光进行相干拍频得到n个所述拍频信号，并将 n个所述拍频信号按照所述探测脉冲的时间顺序排序；
步骤二，所述拍频信号射向探测器7，并经所述探测器7探测，转换成电信号，其中，所述传感光缆9上依次设置有m个等间隔设置的光纤采样点；
步骤三，所述信号采集处理模块8对所述电信号进行相位调解得到所述背向瑞利散射信号的复振幅
其中，k为所述背向瑞利散射信号的时间序，1≤k≤n，j为所述光纤采样点对应的序号，1≤j≤m，所述背向瑞利散射信号的振幅为A(k,j)，相位为
步骤四，将每个时间序的所述背向瑞利散射信号的复振幅
以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，得到 n个旋转后复振幅
对每个所述旋转后复振幅
在空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行移动求和得到对应的求和后复振幅
其中，1≤j≤m-a，所述第一采样间距为相邻两个光纤采样点的间距；
步骤五，根据所述求和后复振幅
求得求和后振幅Af(k,j)＝abs[r(k,j)]和求和后相位
步骤六，将n个所述求和后相位
分别在以m个所述光纤采集点形成的空间域上进行第二窗口滑动差分计算，得到n条差分相位曲线；
步骤七，对所述差分相位曲线在n个探测脉冲的时间序形成的时域上进行相位解缠绕得到解缠绕后差分相位，根据每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，由于φ-OTDR使用的激光器 1线宽很窄，在探测脉冲光脉冲宽度内产生的背向瑞利散射信号发生干涉，使得接收到的瑞利散射信号强度在某些区域非常小，即发生相干衰落，导致相应位置的解调信号严重失真，出现误报警，影响DAS设备的正常使用，目前，为了抑制相干衰落现象，采用的方案需要使用额外的相位调制器或者声光调制器4，提高了系统成本；而本发明公开的分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，先对背向瑞利散射信号进行拍频，再对拍频信号进行解调获取背向瑞利散射信号的复振幅，为降低噪声，在空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行复振幅移动求和，但是由矢量叠加和复数相加理论可知，多个复振幅求和可能会产生额外的振幅极小点，因此，在进行复振幅求和之前，本案将每个时间序的背向瑞利散射信号的复振幅以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，即、假定未发生振动等情况，对于同一位置点，n个时间序的相位理论上是相同的，因此，各个光纤位置点旋转后的相位近似相同，如果发生振动等情况，位于振动的位置后的多个光纤位置点，在不同时间序上的相位差理论上也是相同的，所以，按照参考相位旋转之后再进行移动平均可以消除原有的振幅极小点，降低噪声，同时避免新的极小点产生，即、抑制了相干衰弱，最后对求和后相位进行滑动差分和解缠绕，根据解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，因此本案的相干衰落噪声抑制方法不需要增加额外的相位调制器或者声光调制器，即可抑制相干衰落、结构简单、成本低、易于推广。
另外，根据本发明公开的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述步骤六中，对所述求和后相位在空间域以b个所述第一采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，1≤k≤n，1≤j≤m-b-a，b 为为相邻两个所述光纤采样点间距的正整数倍。
根据本发明的一些实施例，所述步骤七中，根据每个所述第二窗口(即第j个光纤采集点到第j+b个光纤采集点)上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，离散程度可以为计算每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上的差分相位方差或者标准差，通过判断每个所述第二窗口的差分相位方差或者标准差与预设的阈值比较，当超过预设的阈值时，即可判定振动位置位于该超过预设的阈值的第二窗口。
根据本发明的一些实施例，所述步骤六中，将传感光缆9上以c个所述第一采样距离为间隔进行分段，得到(m-a)/c个分段，并对该(m-a)/c 个分段按照探测脉冲的传播方向依次排序，将第p个所述分段中所述求和后振幅Af(k,j)＝abs[r(k,j)]在时域上均值最大的光纤采集点jp对应的所述求和后相位作为该分段的分段相位
对所述分段相位在空间域以b2个第二采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，p为所述分段对应的序号，1 ≤p≤(N-a)/c-b2，所述第二采样距离为c个所述第一采样距离。
每一分段都选择求和后振幅在时域上均值最大的光纤采集点所对应的相位作为这一分段的相位值，以进一步排除衰落噪声大的位置，提升信噪比。
根据本发明的一些实施例，所述步骤七中，根据每个所述第二窗口(即第p个分段到第p+b2个分段)上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位，离散程度可以为计算每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上的差分相位方差或者标准差，通过判断每个所述第二窗口的差分相位方差或者标准差与预设的阈值比较，当超过预设的阈值时，即将可判定振动位置位于该第二窗口。
根据本发明的一些实施例，对所述传感光缆9进行等间隔分段得到q 个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q 个所述分区分别对应的c沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
根据本发明的一些实施例，q个所述分区分别对应的c沿着所述探测脉冲的传播方向呈等差递增变化。
根据本发明的一些实施例，其特征在于，对所述传感光缆9进行等间隔分段得到q个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q个所述分区分别对应的a沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
根据本发明的一些实施例，q个所述分区分别对应的a沿着所述探测脉冲的传播方向呈等差递增变化。
在远距离光纤传感应用中，将光缆进行分区，对距离远的分区采用更大的分段长度以抑制相干衰落，对距离近的分区采用小的分段长度以保证空间分辨率和定位精度，如此可以使用较短的光脉冲来实现长距离光纤传感，同时保证近距离处的空间分辨率和定位精度。
如使用200ns脉宽的光源进行60km光纤传感，可以将传感光缆9分为3个分区，0～20km为第一个分区，该分区内的a个第一采样间距和c 个采样间距分别取10m；第20～40km为第二个分区，该分区内的a个第一采样间距和c个第一采样间距分别取20m；第40～60km为第三个分区，该分区内的a个第一采样间距和c个采样间距分别取30m。
如图1所示，根据本发明的一些实施例，激光器1射出的激光束经过第一光纤耦合器2分成两路，一路激光束作为本地参考光进入第二光纤耦合器3；另一路激光束经过所述声光调制器4被调制成脉冲光，所述脉冲光经过光纤放大器5放大后射入所述光环形器6的第一端口并从所述光环形器6的第二端口射向所述传感光缆9，所述探测脉冲在所述传感光缆9 上产生的所述背向瑞利散射信号进入所述光环形器6的第二端口，并自所述光环形器6的第三端口射入所述第二光纤耦合器3与所述本地参考光进行相干拍频。
根据本发明的一些实施例，在所述步骤三中，所述信号采集处理模块先对所述电信号进行带通滤波，再对滤波后的所述电信号进行相位解调。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/ 或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将n个连续时间序的探测脉冲分别在传感光缆上产生的背向瑞利散射信号与本地参考光进行相干拍频得到n个所述拍频信号，并将n个所述拍频信号按照所述探测脉冲的时间顺序排序；
步骤二，所述拍频信号射向探测器，并经所述探测器探测，转换成电信号，其中，所述传感光缆上依次设置有m个等间隔设置的光纤采样点；
步骤三，所述信号采集处理模块对所述电信号进行相位调解得到所述背向瑞利散射信号的复振幅
其中，k为所述背向瑞利散射信号的时间序，1≤k≤n，j为所述光纤采样点对应的序号，1≤j≤m，所述背向瑞利散射信号的振幅为A(k,j)，相位为
步骤四，将每个时间序的所述背向瑞利散射信号的复振幅
以第一个时间序的所述背向瑞利散射信号的相位作为参考进行旋转，得到n个旋转后复振幅
对每个所述旋转后复振幅
在以m个所述光纤采集点形成的空间域以a个第一采样间距为第一窗口进行移动求和得到对应的求和后复振幅
其中，1≤j≤m-a，所述第一采样间距为相邻两个光纤采样点的间距；
步骤五，根据所述求和后复振幅
求得求和后振幅Af(k,j)＝abs[r(k,j)]和求和后相位
步骤六，将n个所述求和后相位
分别在所述空间域上进行第二窗口滑动差分计算，得到n条差分相位曲线；
步骤七，对所述差分相位曲线在n个探测脉冲的时间序形成的时域上进行相位解缠绕得到解缠绕后差分相位，根据每个所述第二窗口上所述解缠绕后差分相位在时域上离散程度对振动位置进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤六中，对所述求和后相位在空间域以b个所述第一采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，1≤k≤n，1≤j≤m-b-a，b为为相邻两个所述光纤采样点间距的正整数倍。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤六中，将传感光缆上以c个所述第一采样距离为间隔进行分段，得到(m-a)/c个分段，并对该(m-a)/c个分段按照探测脉冲的传播方向依次排序，将第p个分段中所述求和后振幅Af(k,j)＝abs[r(k,j)]在时域上均值最大的所述光纤采样点jp对应的所述求和后相位作为该分段的分段相位
对所述分段相位在空间域以b2个第二采样距离为所述第二窗口进行滑动差分，得到n条所述差分相位曲线
其中，p为所述分段对应的序号，1≤p≤(N-a)/c-b2，所述第二采样距离为c个所述第一采样距离。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，对所述传感光缆进行等间隔分段得到q个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q个所述分区分别对应的c沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，对所述传感光缆进行等间隔分段得到q个分区，按照所述探测脉冲的传播方向对每个所述分区进行顺序排号，q个所述分区分别对应的a沿着所述探测脉冲的传播方向呈递增变化。
6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，激光器射出的激光束经过第一光纤耦合器分成两路，一路激光束作为本地参考光进入第二光纤耦合器；另一路激光束经过所述声光调制器被调制成脉冲光，所述脉冲光经过光纤放大器放大后射入所述光环形器的第一端口并从所述光环形器的第二端口射向所述传感光缆，所述探测脉冲在所述传感光缆上产生的所述背向瑞利散射信号进入所述第二光纤耦合器与所述本地参考光进行相干拍频。
7.根据权利要求1所述的一种分布式光纤声波传感系统中的相干衰落噪声抑制方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述信号采集处理模块先对所述电信号进行带通滤波，再对滤波后的所述电信号进行相位解调。
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113432701A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于双脉冲与边带调制的分布式光纤传感方法与装置 |
| CN113447112A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-28 | 天津大学 | 基于反射光的高频振动传感系统及高频信号解调方法 |
| CN114235135A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 桂林电子科技大学 | 一种基于双差分步长的幅值解调振动定位检测方法 |
| CN114577367A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-06-03 | 苏州光格科技股份有限公司 | 一种光纤温度传感器标定的方法、装置和计算机设备 |
| CN114719952A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-08 | 武汉理工大学 | 分布式光纤声波探测系统及探测方法 |
| CN114719955A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-08 | 北京理工大学 | 光频域反射仪分布式光纤测量中的相干衰落噪声抑制方法 |
| CN115389007A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-11-25 | 之江实验室 | 一种采用散射增强光纤的分布式声波传感系统的解调方法 |
| CN116073900A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-05 | 中山大学 | 一种分布式光纤声波传感系统及盲区消除检测方法 |
| CN116380140A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-07-04 | 山东省科学院激光研究所 | 基于均值滤波技术的分布式声波传感系统及其测量方法 |
| WO2023123972A1 (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 中国石油天然气集团有限公司 | 光纤传感数据的相干衰落噪声压制方法及装置 |
| WO2023188247A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 日本電気株式会社 | 信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体 |
| CN117014065A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-07 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种改进型的φ-otdr通信光缆扰动定位降噪方法及装置 |
| CN117708506A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 山东省科学院激光研究所 | 分布式声波传感相干衰落引起的恶化效应消除方法及系统 |
| CN117708506B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-26 | 山东省科学院激光研究所 | 分布式声波传感相干衰落引起的恶化效应消除方法及系统 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628698A (zh) * | 2012-04-06 | 2012-08-08 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 分布式光纤传感器及信息解调方法 |
| CN106052842A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-10-26 | 上海交通大学 | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统及其解调方法 |
| CN106092305A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-11-09 | 上海交通大学 | 分布式光纤传感系统及其振动检测定位方法 |
| CN205898286U (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-18 | 上海交通大学 | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统 |
| CN106840222A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-06-13 | 北京大学 | 一种抑制共模噪声的分布式光纤传感系统及其抑制方法 |
| US20170356793A1 (en) * | 2015-01-21 | 2017-12-14 | Neubrex Co., Ltd. | Distributed fiber optic acoustic detection device |
| CN207036249U (zh) * | 2016-12-05 | 2018-02-23 | 华南理工大学 | 一种高灵敏度的分布式光纤振动传感系统 |
| CN107990970A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-05-04 | 上海交通大学 | 消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法 |
| JP2019020143A (ja) * | 2017-07-11 | 2019-02-07 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ振動検知センサおよびその方法 |
| CN109405956A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统解调方法及装置 |
| CN210464657U (zh) * | 2019-07-25 | 2020-05-05 | 上海交通大学 | 基于分布式光纤声波传感系统的振动传感系统 |
| CN111609918A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-09-01 | 重庆大学 | 基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统 |
-
2021
- 2021-01-06 CN CN202110011841.2A patent/CN112747815B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628698A (zh) * | 2012-04-06 | 2012-08-08 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 分布式光纤传感器及信息解调方法 |
| US20170356793A1 (en) * | 2015-01-21 | 2017-12-14 | Neubrex Co., Ltd. | Distributed fiber optic acoustic detection device |
| CN106052842A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-10-26 | 上海交通大学 | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统及其解调方法 |
| CN205898286U (zh) * | 2016-08-05 | 2017-01-18 | 上海交通大学 | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统 |
| CN106092305A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-11-09 | 上海交通大学 | 分布式光纤传感系统及其振动检测定位方法 |
| CN207036249U (zh) * | 2016-12-05 | 2018-02-23 | 华南理工大学 | 一种高灵敏度的分布式光纤振动传感系统 |
| CN106840222A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-06-13 | 北京大学 | 一种抑制共模噪声的分布式光纤传感系统及其抑制方法 |
| JP2019020143A (ja) * | 2017-07-11 | 2019-02-07 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ振動検知センサおよびその方法 |
| CN107990970A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-05-04 | 上海交通大学 | 消除分布式光纤声波系统中衰落噪声的方法 |
| CN109405956A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-01 | 珠海任驰光电科技有限公司 | 一种分布式光纤振动传感系统解调方法及装置 |
| CN210464657U (zh) * | 2019-07-25 | 2020-05-05 | 上海交通大学 | 基于分布式光纤声波传感系统的振动传感系统 |
| CN111609918A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-09-01 | 重庆大学 | 基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113447112A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-28 | 天津大学 | 基于反射光的高频振动传感系统及高频信号解调方法 |
| CN113432701A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于双脉冲与边带调制的分布式光纤传感方法与装置 |
| CN113432701B (zh) * | 2021-06-24 | 2022-11-04 | 中国人民解放军国防科技大学 | 基于双脉冲与边带调制的分布式光纤传感方法与装置 |
| CN114235135B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-05-26 | 桂林电子科技大学 | 一种基于双差分步长的幅值解调振动定位检测方法 |
| CN114235135A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 桂林电子科技大学 | 一种基于双差分步长的幅值解调振动定位检测方法 |
| WO2023123972A1 (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 中国石油天然气集团有限公司 | 光纤传感数据的相干衰落噪声压制方法及装置 |
| CN114719952A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-08 | 武汉理工大学 | 分布式光纤声波探测系统及探测方法 |
| WO2023188247A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 日本電気株式会社 | 信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体 |
| CN114719955A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-08 | 北京理工大学 | 光频域反射仪分布式光纤测量中的相干衰落噪声抑制方法 |
| CN114577367A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-06-03 | 苏州光格科技股份有限公司 | 一种光纤温度传感器标定的方法、装置和计算机设备 |
| CN115389007B (zh) * | 2022-10-26 | 2023-03-10 | 之江实验室 | 一种采用散射增强光纤的分布式声波传感系统的解调方法 |
| CN115389007A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-11-25 | 之江实验室 | 一种采用散射增强光纤的分布式声波传感系统的解调方法 |
| CN116073900A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-05 | 中山大学 | 一种分布式光纤声波传感系统及盲区消除检测方法 |
| CN116073900B (zh) * | 2023-03-28 | 2023-08-11 | 中山大学 | 一种分布式光纤声波传感系统及盲区消除检测方法 |
| CN116380140A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-07-04 | 山东省科学院激光研究所 | 基于均值滤波技术的分布式声波传感系统及其测量方法 |
| CN116380140B (zh) * | 2023-06-07 | 2023-11-03 | 山东省科学院激光研究所 | 基于均值滤波技术的分布式声波传感系统及其测量方法 |
| CN117014065A (zh) * | 2023-08-22 | 2023-11-07 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种改进型的φ-otdr通信光缆扰动定位降噪方法及装置 |
| CN117014065B (zh) * | 2023-08-22 | 2024-05-03 | 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 | 一种改进型的φ-otdr通信光缆扰动定位降噪方法及装置 |
| CN117708506A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 山东省科学院激光研究所 | 分布式声波传感相干衰落引起的恶化效应消除方法及系统 |
| CN117708506B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-26 | 山东省科学院激光研究所 | 分布式声波传感相干衰落引起的恶化效应消除方法及系统 |
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