CN114046810B - 光纤传感信号预处理装置及其方法 - Google Patents
光纤传感信号预处理装置及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114046810B CN114046810B CN202111365757.7A CN202111365757A CN114046810B CN 114046810 B CN114046810 B CN 114046810B CN 202111365757 A CN202111365757 A CN 202111365757A CN 114046810 B CN114046810 B CN 114046810B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- optical fiber
- sensing
- sensing signal
- analog
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
一种光纤传感信号预处理装置及其方法，该光纤传感信号预处理装置包括：探测装置，用于探测第一信号，并将其输入到可变增益装置；波形编译以及数模转换装置用于生成第一模拟控制信号并将模拟控制信号输入到可变增益装置；可变增益装置，用于恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号并将第二信号输入到滤波装置；滤波装置用于消除第二信号中的第一低频干扰信号，以生成包括第二传感信号的信号；时序控制装置，用于控制探测装置和波形编译以及数模转换装置的工作状态保持同步。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及光纤传感信号预处理装置及其方法。
背景技术
光纤传感器是一种利用光纤在外界环境因素变化时，光纤中传输光的光相位和光强度发生规律变化这一特性制成的传感器，因其测量精准、抗辐射、抗电磁干扰等特点得到重视。基于光时域反射仪(OTDR)的分布式光纤传感技术在很多测量领域得到广泛的应用，如振动和声波测量、温度测量、应力应变测量等。光时域反射仪技术中，被探测的测量信号是瑞利散射光的背向散射光信号，光纤上某点的瑞利散射光信号与参与光产生的拍频信号大小可映射为该点与测试起点之间的物理距离，通过对瑞利散射光的背向散射光进行探测和处理，能够得到光纤上某点在外界环境因素变化的变化信息。在采集背向散射光信号时，会出现很多干扰，一种干扰在于背向散射光信号强度会随着传播距离的增加而缓慢下降，当传感光纤足够长时，其首端和尾端之间的信号强度可能会相差几个量级，使得前后的信号强度不处于同一个合适的动态范围内。如果采集信号时采用大的动态范围，就会降低弱信号的测量精度；如果采用小的动态范围，强信号就会超过数据采集卡系统的量程甚至造成模数转换器(ADC)元件击穿。另一种干扰在于传感光纤尾端、传感光纤与数据采集系统之间以及光纤之间连接端口的端面可能产生端面反射光噪声干扰传感信号，影响传感测量精度和稳定性。
现有对于解决背向散射光信号强度随距离衰减问题的方法少有提及，对于光纤尾端处理方法包括使用折射率匹配液、涂覆折射率匹配膏、尾端打环、熔接多段特种光纤或尾端使用匹配材料装置等方法，但是这些方法在实际使用过程中存在例如以下问题：折射率匹配液不易保存，折射率匹配膏在使用过程中易脱落，打环结构长时间使用导致传输不稳定且易散落，熔接多段特种光纤导致尾部空间被占用且熔接特种光纤部位无法测量，匹配材料装置使用范围受限等问题，限制了装置使用的范围。
因此，需要一种有效、稳定、实现简单、易操作的光纤传感信号预处理方法，减少光纤传感中的端面反射噪声和提高长距离测量精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤传感信号预处理装置及其方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种光纤传感信号预处理装置，包括：
探测装置，用于探测预设激光信号分布式光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，第一信号包含第一传感信号，第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号；
波形编译以及数模转换装置，用于生成第一模拟控制信号，第一模拟控制信号为由预设编译的数字信号转换的模拟信号；
可变增益装置，接收并根据所述第一模拟控制信号恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号，所述第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；所述第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值保持在同一量级的传感信号，所述第一低频干扰信号是通过恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的；
滤波装置，用于消除第二信号中的第一低频干扰信号，以生成包括第二传感信号的信号；以及，
时序控制装置，用于控制所述探测装置和所述波形编译以及数模转换装置的工作状态保持同步。
根据本发明的一种实施例，所述光纤传感信号预处理装置还包括：
开关装置，用于接收来自探测装置探测的第一信号，并将第一信号输入到可变增益装置；
波形编译以及数模转换装置还可以生成第二模拟控制信号，将第二模拟控制信号加载到开关装置上，控制开关装置消除所述第一信号中的端面反射噪声信号，第二模拟控制信号为带宽可调的模拟信号；
滤波装置还可以用于消除第二低频干扰信号，第二低频干扰信号为消除第一信号中的端面反射噪声信号时产生的低频干扰信号。
根据本发明的一种实施例，所述可变增益装置可以包括：直流电源，DC-DC转换器以及可变增益放大器元件；直流电源输出直流电使DC-DC转换器正常工作，DC-DC转换器输出具有稳定的直流电压的直流电，使可变增益放大器元件正常工作。
根据本发明的一种实施例，所述开关装置可以包括：直流电源，DC-DC转换器以及开关元件；所述直流电源输出直流电使DC-DC转换器正常工作，所述DC-DC转换器输出具有稳定的直流电压的直流电，使开关元件正常工作。
根据本发明的一种实施例，所述光纤传感信号预处理装置的波形编译以及数模转换装置可以包括：
现场可编辑逻辑门阵列装置，用于生成数字控制信号并将数字控制信号输入到多通道数模转换装置，数字控制信号为通过编码在现场可编辑逻辑门阵列装置中得到的数字信号；以及，
多通道数模转换装置，用于将数字控制信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号输入出。
根据本发明的一种实施例，光纤传感信号预处理装置的探测装置可以为分布式光纤振动仪外差相干探测装置
根据本发明的一种实施例，光纤传感信号预处理装置的时序控制装置可以为多通道脉冲延迟发生器。
根据本发明的一种实施例，光纤传感信号预处理装置的滤波装置可以为带宽可调的带通滤波器。
根据本发明的上述实施例的光纤传感信号预处理装置及其方法，光纤传感信号预处理装置通过对第一信号进行处理，得到信号强度不随距离而衰减且电压幅值保持在同一量级的第二传感信号，至少解决光纤传感信号强度随探测距离衰减这一在光纤传感探测技术的固有问题，消除了光纤传感信号强度随探测距离逐渐衰减导致的前后信号强度动态范围不一致的问题。还可以对多种光纤传感信号进行处理，适用范围广。还可以对端面反射噪声进行处理。本发明的上述实施例的光纤传感信号预处理装置及其方法操作简单、方便，结构简单、便于安装使用，避免对传感光纤的直接处理，保持传感光纤的测量灵敏度，在消除光纤端面反射噪声时没有直接处理光纤端面，使各部分装置，特别是包含传感光纤的部分装置可以任意转接其他装置，不需要外接其他用于匹配的转接装置，提高了本发明装置的使用灵活度，具有多系统装置组合应用的优点。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了本发明的一实施例的光纤传感信号预处理装置结构图；
图2示意性示出了本发明的另一实施例的光纤传感信号预处理装置结构图；
图3示意性示出了本发明的一实施例的光纤传感信号预处理装置处理信号效果图。
100-探测装置；
200-开关装置；
300-可变增益装置；
400-滤波装置；
500-波形编译以及数模转换装置；
501-现场可编辑逻辑门阵列装置；
502-多通道数模转换器；
600-时序控制装置；
601-多通道脉冲延迟发生器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
图1示意性示出了本发明的一实施例的光纤传感信号预处理装置结构图。
如图1所示的光纤传感信号预处理装置包括：
探测装置100，探测装置100可以为分布式光纤振动仪外差相干探测装置，用于探测预设激光信号经过光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，第一信号包含第一传感信号，第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号。
波形编译以及数模转换装置500，用于生成第一模拟控制信号，第一模拟控制信号为由预设编译的数字信号转换的模拟信号，可以通过编译改变生成的第一模拟控制信号，达到对不同的第一传感信号产生不同的控制效果。
可变增益装置300，接收并根据第一模拟控制信号恢复第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号，第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值的动态范围保持在同一量级的传感信号，第一低频干扰信号是通过恢复第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的，使第二传感信号的信号强度不随距离而衰减，使第二传感信号的信号前端和信号后端的电压幅值的动态范围保持在同一量级。
滤波装置400，用于消除第二信号中的第一低频干扰信号，以生成包含第二传感信号的信号；以及，
时序控制装置600，用于控制探测装置100和波形编译以及数模转换装置500的工作状态保持同步。通过时序控制装置600，控制探测装置100生成第一信号的过程与波形编译以及数模转换装置500生成第一模拟控制信号的过程发生在同一时序下，且控制在一次光纤传感信号预处理中，探测装置100先于波形编译以及数模转换装置500进行处理，提高信号处理的准确度，避免采集信号突然断层的现象，保证所采集的信号的流畅性和连续性。图2示意性示出了本发明的另一实施例的光纤传感信号预处理装置结构图。
如图2所示的光纤传感信号预处理装置包括：
探测装置100，可以包括分布式光纤振动仪外差相干探测装置，用于探测预设激光信号经过光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，第一信号包含第一传感信号，第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号；
开关装置200，用于接收来自探测装置100探测的第一信号，并将第一信号输入到可变增益装置300；开关装置200在接收探测装置100探测的所述第一信号时，根据波形编译以及数模转换装置500生成的第二模拟控制信号改变开关装置200的状态，消除第一信号中的端面反射噪声信号，提高光纤传感信号预处理装置传输的信号的信噪比。
波形编译以及数模转换装置500可以生成第一模拟控制信号，还可以生成第二模拟控制信号，第二模拟控制信号为带宽可调的模拟信号。
可变增益装置300，接收并根据第一模拟控制信号恢复第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号，第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值保持在同一量级的传感信号，第一低频干扰信号是通过恢复第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的。
滤波装置400，用于消除第二信号中的第一低频干扰信号和消除第一信号中的端面反射噪声信号时产生的第二低频干扰信号，以生成包含第二传感信号的信号。
时序控制装置600，用于控制探测装置100和波形编译以及数模转换装置500的工作状态保持同步。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的可变增益装置300可以包括：直流电源301，DC-DC转换器302以及可变增益放大器元件303；直流电源301用于输出直流电，使DC-DC转换器302正常工作；DC-DC转换器302用于输出具有稳定的直流电压的直流电，使可变增益放大器元件303正常工作。
更具体的，直流电源301用于输出直流电，使直流电压加载到DC-DC转换器302上，使DC-DC转换器302可以正常工作；通过选择DC-DC转换器302的种类以及调节DC-DC转换器302的参数，得到可变增益放大器元件303正常工作所需的稳定电压值，可变增益放大器元件303在稳压状态下对第一模拟控制信号的响应更灵敏，能够更准确地恢复第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生衰减。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的开关装置200可以包括：直流电源201，DC-DC转换器202以及开关元件203；所述直流电源201用于输出直流电，使DC-DC转换器202正常工作；所述DC-DC转换器202用于输出具有稳定的直流电压的直流电，使开关元件正常工作；开关元件可以选取切换速度快的开关元件，切换速度指开关端口的状态从“导通”改变为“断开”或从“断开”改变为“导通”所需的时间。
更具体的，直流电源201用于输出直流电，使直流电压加载到DC-DC转换器202上，使DC-DC转换器202可以正常工作；通过选择DC-DC转换器202的种类以及调节DC-DC转换器202的参数，得到开关元件正常工作203所需的稳定电压值；开关元件203可以选取射频开关元件，通过选取切换速度快的开关元件，可以精准控制，使得不输出端面反射噪声信号，从而保留完整的第一传感信号，减少第一传感信号的损失，提高传感测量精度。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的波形编译以及数模转换装置500可以包括：
现场可编辑逻辑门阵列装置501，用于生成数字控制信号并将数字控制信号输入到多通道数模转换装置502，数字控制信号为通过编码在现场可编辑逻辑门阵列装置中得到的数字信号；以及，
多通道数模转换装置502，用于将数字控制信号转换为模拟控制信号，并将模拟控制信号输入出。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的探测装置100可以为分布式光纤振动仪外差相干探测装置
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的时序控制装置600可以为多通道脉冲延迟发生器。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的滤波装置400可以为带宽可调的带通滤波器。
更具体的，可以根据预设激光信号的带宽快速得到带通滤波器的带宽，使用滤波装置可以滤除低频干扰信号，提高第二传感信号的信噪比，避免第二传感信号的失真，提高通信质量。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的时序控制装置600可以为多通道脉冲延迟发生器，时序控制装置600控制探测装置100和波形编译以及数模转换装置500工作在同一时序下，使波形编译以及数模转换装置500控制的开关装置200和/或可变增益装置300与探测装置100工作在同一时序下，保证了所采集和处理的所有信号的流畅性和连续性，避免了信号采集和信号处理过程出现突然断层的现象，避免影响通信质量。
根据本发明的实施例，光纤传感信号预处理装置的探测装置100可以为分布式光纤振动仪外差相干探测装置，分布式光纤振动仪外差相干探测装置基于瑞利散射相位信号提取的相敏光时域反射传感原理，利用空间差分相位与外界振动的线性映射关系，通过外差相干探测、数字相干相位检测，实现定量测量，分布式光纤振动仪外差相干探测装置可以探测传感光纤在时域的待处理信号，生成第一信号。
图3示意性示出了本发明的一实施例的光纤传感信号预处理装置处理信号效果图。
如图3所示，图3中Step1为探测装置100生成的第一信号的波形示意图，第一信号包括：出现在信号前端和信号后端的端面反射噪声信号，端面反射噪声信号为传感光纤尾端、传感光纤与数据采集系统之间以及光纤之间连接端口的端面产生的噪声信号以及第一传感信号，第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号，传感信号可以包括光纤声波传感信号、光纤温度传感信号和光纤应变传感信号中的至少一个。图3中Process1为波形编译以及数模转换装置500生成的第二模拟控制信号，第二模拟控制信号为只在预设时间段为高电平，其余时间段为低电平的模拟信号；在Step1所示的第一信号输入到开关装置200后，通过第二模拟控制信号控制开关装置200中开关元件203保持在导通或断开的状态，控制开关装置200输出或不输出第一信号，从而消除出现在信号前端和信号后端的端面反射噪声信号
更具体的，第二模拟控制信号为高电平时，控制开关元件203保持在导通状态，开关装置200输出第一信号；第二模拟控制信号为低电平时，控制开关元件203保持在断开状态，开关装置不输出信号；由时序控制装置600控制波形编译以及数模转换装置500在预设时间输出第二模拟控制信号。优选地，开关元件203可以选取射频开关元件，射频开关元件切换速度快，可以精准响应第二模拟控制信号，在第二模拟控制信号为低电平时，射频开关元件保持在断开状态，不输出信号，从而消除端面反射噪声信号，第二模拟控制信号为高电平时，射频开关元件保持在导通状态，输出的第一传感信号；使用射频开关元件可以减少第一传感信号的损失，提高传感测量精度。
图3中Step2为经过开关装置200输出的第一传感信号的波形示意图，第一传感信号后端的信号相对前端的信号有一个缓慢衰减的变化，这是由于探测距离变长，不同位置的信号在到达探测装置100时会有不同程度的损耗所造成的。
图3中Process2为波形编译以及数模转换装置500生成的第一模拟控制信号，第一模拟控制信号为电压值与第一传感信号缓慢衰减的电压值互补的模拟信号；在Step2所示的第一传感信号输入到可变增益装置300后，通过第一模拟控制信号控制可变增益装置300中的可变增益元件303恢复第一传感信号的信号强度随传输距离增加产生的衰减。
更具体的，第一模拟控制信号为电压值与第一传感信号缓慢衰减的电压值互补的模拟信号，由时序控制装置600控制波形编译以及数模转换装置500在预设时间输出第一模拟控制信号，第一模拟控制信号通过不同电压值控制可变增益元件303产生不同增益倍数，可变增益元件303产生的不同增益倍数对第一传感信号缓慢衰减的电压值进行补偿，生成第二传感信号，第二传感信号的信号前端和信号后端的电压幅值的动态范围保持在同一量级。
滤波装置400，用于接收第二信号并消除第二信号中的第一低频干扰信号和第二低频干扰信号，生成包含第二传感信号的信号，如图3中Step3所示，如图3中Step3为第二传感信号。
更具体的，滤波装置400为带宽可调的带通滤波器，带宽可以根据待处理信号的频率来选取；根据本发明的实施例的待处理信号所处的频率范围在170-220MHZ，滤波装置400可以选取带宽为170-220MHZ的带通滤波器。滤除了第一低频干扰信号和第二低频干扰信号，避免滤波装置400输出信号的失真，提高了输出信号的信噪比。
根据本发明的上述实施例的光纤传感信号预处理装置及其方法，光纤传感信号预处理装置通过对第一信号包含的第一传感信号和端面反射噪声信号进行处理，得到信号强度不随距离而衰减且电压幅值保持在同一量级的第二传感信号，至少解决光纤传感信号强度随探测距离衰减这一在光纤传感探测技术的固有问题，消除了光纤传感信号强度随探测距离逐渐衰减导致的前后信号强度动态范围不一致的问题。还可以对多种光纤传感信号进行处理，适用范围广。还可以对端面反射噪声进行处理。本发明的上述实施例的光纤传感信号预处理装置及其方法操作简单、方便，结构简单、便于安装使用，避免对传感光纤的直接处理，保持传感光纤的测量灵敏度。在消除光纤端面反射噪声时没有直接处理光纤端面，使各部分装置，特别是包含传感光纤的部分装置可以任意转接其他装置，不需要外接其他用于匹配的转接装置，提高了本发明装置的使用灵活度，具有多系统装置组合应用的优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光纤传感信号预处理装置，包括：
探测装置（100），用于探测预设激光信号经过光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，所述第一信号包含第一传感信号，所述第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号，所述探测装置（100）为分布式光纤振动仪外差相干探测装置，所述第一信号为通过外差相干检测得到的相干拍频电信号；
波形编译以及数模转换装置（500），用于生成第一模拟控制信号，所述第一模拟控制信号为由预设编译的数字信号转换的模拟信号，还用于生成第二模拟控制信号，所述第二模拟控制信号为带宽可调的模拟信号；
开关装置（200），用于接收来自所述探测装置（100）生成的第一信号，并将第一信号输入到可变增益装置（300），其中，利用加载到所述开关装置（200）上的所述第二模拟控制信号，控制开关装置（200）消除所述第一信号中的端面反射噪声信号，所述开关装置（200）包括开关元件，所述开关元件为射频开关元件；
可变增益装置（300），接收并根据所述第一模拟控制信号恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号，所述第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；所述第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值的动态范围保持在同一量级的传感信号，所述第一低频干扰信号是恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的；
滤波装置（400），用于消除所述第二信号中的所述第一低频干扰信号，以生成包含第二传感信号的信号，还用于消除第二低频干扰信号，所述第二低频干扰信号为消除所述第一信号中的所述端面反射噪声信号时产生的；以及
时序控制装置（600），用于控制所述探测装置（100）和所述波形编译以及数模转换装置（500）的工作状态保持同步。
2.如权利要求1所述的光纤传感信号预处理装置，其中，所述可变增益装置（300）包括直流电源，DC-DC转换器以及可变增益放大器元件；所述直流电源用于输出直流电，使DC-DC转换器正常工作；所述DC-DC转换器用于输出具有稳定的直流电压的直流电，使可变增益放大器元件正常工作。
3.如权利要求1所述的光纤传感信号预处理装置，所述开关装置（200）还包括：直流电源和DC-DC转换器；所述直流电源用于输出直流电，使DC-DC转换器正常工作；所述DC-DC转换器用于输出具有稳定的直流电压的直流电，使所述开关元件正常工作。
4.如权利要求1所述的光纤传感信号预处理装置，其中，所述滤波装置（400）为带宽可调的带通滤波器。
5.如权利要求1所述的光纤传感信号预处理装置，其中，所述波形编译以及数模转换装置（500），包括
现场可编辑逻辑门阵列装置（501），用于生成数字控制信号并将数字控制信号输入到多通道数模转换装置（502），所述数字控制信号为通过编码在现场可编辑逻辑门阵列装置中得到的数字信号；以及，
所述多通道数模转换装置（502），用于将所述数字控制信号转换为模拟控制信号，并将所述模拟控制信号输出。
6.如权利要求1所述的光纤传感信号预处理装置，其中，所述时序控制装置（600）为多通道脉冲延迟发生器。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的光纤传感信号预处理装置的方法，包括：
由探测装置（100）探测预设激光信号分布式光纤传输后的得到的待处理信号，生成第一信号，所述第一信号包含第一传感信号，所述第一传感信号为信号强度随距离增加而衰减的传感信号，所述探测装置（100）为分布式光纤振动仪外差相干探测装置，所述第一信号为通过外差相干检测得到的相干拍频电信号；
通过将波形编译以及数模转换装置（500）提供的所述第一模拟控制信号加载到所述可变增益装置（300），恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减，生成第二信号并将所述第二信号输入到滤波装置（400），所述第二信号包括第二传感信号和第一低频干扰信号；所述第二传感信号为信号强度不随距离而衰减且电压幅值的动态范围保持在同一量级的传感信号，所述第一低频干扰信号是恢复所述第一信号中第一传感信号的信号强度随传输距离增加而产生的衰减时产生的；
通过开关装置（200），接收所述探测装置（100）生成的所述第一信号，并将所述第一信号输入到所述可变增益装置（300），所述开关装置（200）在接收所述探测装置（100）生成的所述第一信号时，根据波形编译以及数模转换装置（500）生成的第二模拟控制信号改变开关装置（200）的状态，消除所述第一信号中的端面反射噪声信号，消除所述第一信号中的端面反射噪声信号时产生第二低频干扰信号，所述开关装置（200）包括开关元件，所述开关元件为射频开关元件；
通过所述滤波装置（400），用于消除第二信号中的第一低频干扰信号和所述第二低频干扰信号，生成带有第二传感信号的信号；以及，
提供时序控制装置（600），用于控制所述探测装置（100）和所述波形编译以及数模转换装置（500）的工作状态保持同步。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111365757.7A CN114046810B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 光纤传感信号预处理装置及其方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111365757.7A CN114046810B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 光纤传感信号预处理装置及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114046810A CN114046810A (zh) | 2022-02-15 |
| CN114046810B true CN114046810B (zh) | 2023-05-30 |
Family
ID=80209976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111365757.7A Active CN114046810B (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 光纤传感信号预处理装置及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114046810B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115333618B (zh) * | 2022-07-21 | 2024-03-12 | 昂纳科技(深圳)集团股份有限公司 | 光纤信道衰减检测方法、系统及装置、存储介质和终端 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6587421B1 (en) * | 1998-03-30 | 2003-07-01 | Seagate Technology Llc | Refractive index matching means coupled to an optical fiber for eliminating spurious light |
| CN202257801U (zh) * | 2011-09-23 | 2012-05-30 | 无锡科晟光子科技有限公司 | 光纤传感系统连续光波自适应大动态范围信号处理模块 |
| CN103808401B (zh) * | 2014-03-01 | 2016-04-27 | 安徽师范大学 | 后向散射光分布式放大装置及其控制方法 |
| JP7029620B2 (ja) * | 2018-09-21 | 2022-03-04 | 南京牧▲レー▼激光科技有限公司 | パルス干渉ドップラー風計測レーザーレーダー及び風計測方法 |
| CN109632076A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-16 | 电子科技大学 | 长距离光纤分布式声波传感的放大系统及方法 |
| CN112923959B (zh) * | 2021-01-27 | 2022-04-12 | 浙江大学 | 一种提升相位敏感光时域反射计传感距离的系统 |
-
2021
- 2021-11-17 CN CN202111365757.7A patent/CN114046810B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114046810A (zh) | 2022-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104019836B (zh) | 基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法 | |
| EP4024008A1 (en) | Method and apparatus for optical sensing | |
| CN114046810B (zh) | 光纤传感信号预处理装置及其方法 | |
| CN111609918A (zh) | 基于包络检波电路的光纤分布式振动传感系统 | |
| CN104734774A (zh) | 用于监控以及控制光通信系统的性能的方法和装置 | |
| CN108592963B (zh) | 一种时分复用光纤传感系统乘性噪声的抑制方法及其系统 | |
| EP2887083B1 (en) | Method of controlling electro-optical probe gain and sensitivity | |
| CN113804283B (zh) | 一种干涉型光纤水听器相位噪声测试系统及方法 | |
| US5319266A (en) | Differential boxcar integrator with auto-zero function | |
| CN212254401U (zh) | 一种等效采样的光纤分布式温度测量装置 | |
| US5621517A (en) | Method and apparatus for testing fiber optic telephone lines | |
| EP0306227B1 (en) | Fiber optic sensor | |
| CN111638402B (zh) | 测量微波电场中微波信号的频率的方法及系统 | |
| AU2017200636B2 (en) | Method and apparatus for optical sensing | |
| CN210323604U (zh) | 一种单轴Sagnac干涉仪相位偏置控制装置 | |
| CN102944255B (zh) | 数字化光纤光栅解调仪表及方法 | |
| EP3903078A1 (en) | A method and apparatus for pulsed power measurement | |
| CN116112070A (zh) | 一种基于相位敏感的光时域反射仪及一种消除偏振相关损耗的方法 | |
| CN210464657U (zh) | 基于分布式光纤声波传感系统的振动传感系统 | |
| CN105356938A (zh) | 幅频调制信号的检测装置 | |
| CN112511220B (zh) | 一种快速有效的判断多模光纤带宽的测量方法 | |
| CN114518162B (zh) | 一种光纤水听器干涉信号强度补偿方法和系统 | |
| CN112104414B (zh) | 一种传输介质检测方法、装置及存储介质 | |
| CN212752265U (zh) | 一种采用edfa放大装置检测瑞利散射信号强度的系统 | |
| Xu et al. | Research on Bandwidth suppression based on dual-channel time-sharing detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220615 Address after: 230026 Jinzhai Road, Baohe District, Hefei, Anhui Province, No. 96 Applicant after: University of Science and Technology of China Applicant after: Chen Yang Applicant after: Wang Baoshan Applicant after: Zhang Qiang Address before: 230026 Jinzhai Road, Baohe District, Hefei, Anhui Province, No. 96 Applicant before: University of Science and Technology of China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220928 Address after: Room 611, East of Science and Technology Experiment Building, West District, China University of Science and Technology, No. 443, Huangshan Road, Shushan District, Hefei City, Anhui Province, 230026 Applicant after: Chen Yang Applicant after: Wang Baoshan Applicant after: Zhang Qiang Address before: 230026 Jinzhai Road, Baohe District, Hefei, Anhui Province, No. 96 Applicant before: University of Science and Technology of China Applicant before: Chen Yang Applicant before: Wang Baoshan Applicant before: Zhang Qiang Effective date of registration: 20220928 Address after: 19/F, Ping'an Finance Building, No. 838, Huizhou Avenue, Baohe District, Hefei, Anhui, 230041 Applicant after: Zhidi Perception (Hefei) Technology Co.,Ltd. Address before: Room 611, East of Science and Technology Experiment Building, West District, China University of Science and Technology, No. 443, Huangshan Road, Shushan District, Hefei City, Anhui Province, 230026 Applicant before: Chen Yang Applicant before: Wang Baoshan Applicant before: Zhang Qiang |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |