CN116953718A - 一种基于分布式光纤传感技术的测距装置及方法 - Google Patents

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CN116953718A CN202310755006.9A CN202310755006A CN116953718A CN 116953718 A CN116953718 A CN 116953718A CN 202310755006 A CN202310755006 A CN 202310755006A CN 116953718 A CN116953718 A CN 116953718A
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史书怀
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Abstract

一种基于分布式光纤传感技术的测距装置及方法，包括：双波长激光光源、光纤耦合器、光分波器、可调谐光纤滤波器、光电探测器、信号放大器、高速A/D转换卡、数字控制器、高速D/A转换卡和计算机；双波长激光光源的输出端通过光隔离器与光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器的输出端分别连接光分波器和可调谐光纤滤波器的输入端，可调谐光纤滤波器连接光电探测器，光电探测器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接高速A/D转换卡的输入端，高速A/D转换卡的输出端连接数字控制器，数字控制器的输出端分别连接高速D/A转换卡的输入端和计算机，高速D/A转换卡的输出端连接可调谐光纤滤波器的输入端。本发明能够提高对分布式光纤的测距精度。

Description

一种基于分布式光纤传感技术的测距装置及方法
技术领域
本发明属于分布式光纤传感器测距的技术领域，更具体地，涉及一种基于分布式光纤传感技术的测距装置及方法。
背景技术
常见的分布式光纤传感器测距系统测距，采用的是类似激光雷达的方法，原理基于光频域反射仪(OFDR)技术。基本的光纤测距系统基本结构包括光信号和电信号处理两部分。在实际装置中，电子装置部分采样、转换和运算均需要时间，也就是存在时滞，这个时滞直接严重影响到测距定位精度。对于某台特定的装置，短期内这个时滞基本不变，但长时间而言，随着周围环境参数变化以及电子元器件参数漂移，这个时滞会发生变化。虽然可以在程序中加以补偿，尽量减少时滞的影响，但一来无法完全抵消时滞，二来需要定期经常进行校准测定后调整补偿参数，在很多场合并不具备可操作性。
时滞误差可分为两部分，一部分是系统性误差，主要由于装置、测量方法、程序等导致的测量值固定偏离真值的部分，另一部分是随机性误差，即在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。理论上产生系统性误差的因素在开始测量前就已经存在，如何设法通过消除系统误差的根源或者加以补偿、修正以减少这部分误差是光纤测距中急需改善的问题之一。为此，需要寻找一种能够长期持续有效减少时滞影响的方法。
现有技术文件1公开了一种涉及双端测量型分布式光纤温度传感装置(CN101403644)，其主要包括激光器，激光器的输入端与激光驱动器的输出端连接，激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，激光器的输出端耦合器输入端连接；耦合器的输出端与光路切换器的输入端连接，光路切换器把光路在环形探测光缆的2个端口之间切换；计算机连接数据处理器，数据处理器控制同步控制器和接收数据采集器的数据；数据处理器接受到从环形探测光缆测得的数据后，对数据进行计算处理；然后光路切换器将光路切换到另一个端口，采集处理信号，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。
现有技术文件1存在的问题包括：(1)没有分析误差来源，没有具体说明测量误差自动校准原理和实现方法，也就无法准确复现；(2)光路切换器在进行切换时存在时间差，即便切换速度很快，如毫秒级，仍然会引入时滞误差。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于分布式光纤传感技术的测距装置，能够在光纤测距中长期持续有效减少时滞影响，使测量结果更准确。
本发明采用如下的技术方案。
一种基于分布式光纤传感技术的测距装置，包括：双波长激光光源、光纤耦合器、光分波器、可调谐光纤滤波器、光电探测器、信号放大器、高速A/D转换卡、数字控制器、高速D/A转换卡和计算机；
双波长激光光源的输出端通过光隔离器与光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器的输出端分别与光分波器和可调谐光纤滤波器的输入端相连接，可调谐光纤滤波器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接高速A/D转换卡的输入端，高速A/D转换卡的输出端连接数字控制器的输入端，数字控制器的输出端分别连接高速D/A转换卡的输入端和计算机，高速D/A转换卡的输出端连接可调谐光纤滤波器的输入端。
优选地，光分波器同时连接环形光纤的首端和末端，双波长激光光源发出的复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器和光分波器，通过光分波器分为两个独立的单波长激光，分别送往光纤的首末两端。
优选地，复合光信号沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生两种波长的反射光，反射光反射回到光纤耦合器。
优选地，复合光信号经过光纤耦合器并进入可调谐光纤滤波器之后，可调谐光纤滤波器每次只筛选其中一个波长的反射光信号并将其输入光电探测器，光电探测器将单个波长的反射光信号转换为电信号，根据单个波长的反射光分别对光纤的首末端进行测量并计算得到光纤的测量距离信息。
优选地，通过可调谐光纤滤波器筛选反射光信号还包括：
高速D/A转换卡分别将两个特定波长的离散信号转换为连续的模拟信号，且模拟信号作为可调谐光纤滤波器的调制信号；
由高速D/A转换卡提供的调制信号来控制可调谐光纤滤波器所允许通过指定波长的反射光信号，调制信号能够将可调谐光纤滤波器的通带中心频率调整到单个反射光信号对应的频率；
可调谐光纤滤波器接收处理该波长对应的反射光信号，筛选出数字控制器每次计算所需的单个波长的反射光信号，实现对两个波长的反射光分别计算处理。
优选地，数字控制器对两种波长的反射光信号进行分时并行处理。
优选地，可调谐光纤滤波器选取出的指定波长的反射光信号进入光电探测器转换为电信号，电信号进入信号放大器进行放大，放大后的电信号通过高速A/D转换卡把连续的反射光转换为离散的数字信号，并送到数字控制器进行高速实时处理；
数字控制器根据两个波长的反射光信号能够分别得到第一测量值和第二测量值，数字控制器根据第一测量值和第二测量值能够计算得到光纤的测量距离信息。
优选地，计算得到光纤的测量距离信息还包括：
对首端进行测量时，假设光纤上某点到首端的距离真值为x，考虑到测量过程中的时滞导致的距离计算的系统性误差，记作Δl，则得到的第一测量值m1为：
m1＝x+Δl
对末端进行测量时，先前光纤上的距首端距离真值x的点距离末端的真值为s-x，s为测量光纤的总长度，测量过程中的系统性误差Δl保持不变，则得到的第二测量值m2为：
m2＝s-x+Δl
根据第一测量值m1和第二测量值m2，得到系统性误差Δl如下：
m1+m2＝s+2Δl
本发明还提供了一种基于分布式光纤传感技术的测距方法，包括以下步骤：
步骤1，初始化测距装置，将测距装置中的光分波器同时连接环形光纤的首端和末端；
步骤2，双波长激光光源发射复合光信号，复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器，沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生复合的反射光信号；
步骤3，复合的反射光信号回到光纤耦合器，通过可调谐光纤滤波器对反射光进行筛选得到单个波长的反射光；
步骤4，可调谐光纤滤波器将筛选出的单个波长的反射光信号依次传输至光电探测器、信号放大器和高速A/D转换卡，并通过数字控制器计算得到光纤的测距结果；
步骤5，返回步骤1循环步骤1至4得到多个系统性误差值，并取其平均值作为最终得到的系统性误差值修正测距结果，得到的测距结果通过计算机显示。
优选地，所述步骤5中，通过多次测量减少单次测量的随机误差，剔除异常数据并计算所有系统性误差值的平均值，作为最终测量结果。
本发明还提供了一种终端，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述测距方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述测距方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明能够实时测量出系统的电子装置部分的时滞带来的距离测量的系统性误差，放宽了电子装置部分的时滞指标限制，一方面可以采用更低成本的元器件，另一方面也降低了出厂检验的苛刻要求；
(2)本发明通过采用光分波器和双波长激光光源，实现对环形光纤首末两端的同步测量，规避光路切换器的切换误差；
(3)本发明提出的测距方法在原理上不受环境参数、元器件参数变化的影响，不再需要进行定期校准，大大节省了费用和人力物力，提高了设备的在线可用率，延长了使用寿命；
(4)本发明的测距装置对于分布式光纤传感器的主体结构不必改变，更容易实现对现有系统的升级改造。
附图说明
图1是本发明中基于分布式光纤传感技术的测距装置的结构示意图；
图2是本发明中基于分布式光纤传感技术的测距方法的流程示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提出了一种基于分布式光纤传感技术的测距装置，该装置包括：双波长激光光源、光隔离器、光纤耦合器、光分波器、可调谐光纤滤波器、光电探测器、信号放大器、高速A/D转换卡、数字控制器、高速D/A转换卡和计算机。
双波长激光光源的输出端通过光隔离器与光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器的输出端分别与光分波器和可调谐光纤滤波器的输入端相连接，可调谐光纤滤波器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接高速A/D转换卡的输入端，高速A/D转换卡的输出端连接数字控制器的输入端，数字控制器的输出端连接高速D/A转换卡的输入端和计算机，高速D/A转换卡的输出端连接可调谐光纤滤波器的输入端；
其中，双波长激光光源能够输出不同波长的的复合光信号；光分波器可以将双波长激光光源输出的不同波长的复合光信号，按照不同光波长分开，得到不同波长的激光。因此，可以通过双波长激光光源和光分波器得到两个不同波长的激光，从而通过两个不同波长的激光对环形光纤的首末两端进行同步测量。
光隔离器设置于双波长激光光源和光纤耦合器之间，作用是减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响；后向传输光会产生附加噪声，使系统性能劣化，也需要光隔离器来消除。
光纤耦合器能够将光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小，功能是把不同波长的光复用到一根光纤中，不同的波长传载着不同的信息，实现光信号的分路/合路。
优选的，双波长激光光源输出的复合光信号波长可以由用户进行设置，光纤耦合器和光分波器设置于同一处。
光分波器同时连接环形光纤的首端和末端，双波长激光光源发出的复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器和光分波器，通过光分波器分为两个独立的单波长激光，分别送往光纤的首末两端；沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生两种波长的反射光，根据光路可逆原理，反射光回到光纤耦合器，经可调谐光纤滤波器之后，被光电探测器及其测量电路检测到，根据激光脉冲发射和接收到回波的时间差，可以换算出距离。
可调谐光纤滤波器为具有一定滤波区域、滤波范围以及可调谐范围的带通型滤波器，可以从多个波长中筛选出所需的波长，滤除信号中无用的或不需要的波长成分，同时可以确保最大的信号传输效率，还有滤除噪声、提高信噪比、均衡增益的功能。
复合激光脉冲发出包含两个不同波长的前向复合光信号，通过光分波器对环形光纤首末两端进行同步测量，复合光信号照射在光纤上产生携带测距信息的反射光，携带测距信息的反射光经过光纤耦合器返回仍然是两个波长的后向复合光信号，通过可可调谐光纤滤波器每次筛选出一个波长的反射光并通过数字控制器进行计算处理，滤除另一个波长的反射光和其它杂波。
对反射光的复合光信号进行筛选还包括：
高速D/A转换卡分别将两个特定波长的离散信号转换为连续的模拟信号，且模拟信号作为可调谐光纤滤波器的调制信号；其中，由于发射光信号的波长为已知量，因此反射光波长也为已知量，通过数字控制器能够设置所需筛选的反射光波长大小，从而得到两个特定波长的离散信号并将其输入高速D/A转换卡；
由高速D/A转换卡提供的调制信号来控制可调谐光纤滤波器所允许通过指定波长的反射光信号，调制信号能够将可调谐光纤滤波器的通带中心频率调整到单个反射光信号对应的频率；
可调谐光纤滤波器接收处理该波长对应的反射波信号，筛选出数字控制器每次计算所需的单个波长的反射光信号，实现对两个波长的反射光分别计算处理。
进一步的，可调谐光纤滤波器选取出的指定波长的反射光进入光电探测器转换为电信号，然后进入信号放大器进行放大，放大后的电信号通过高速A/D转换卡把连续的反射光转换为离散的数字信号，并送到数字控制器进行高速实时处理，数字控制器根据两个波长的反射光信号能够分别得到第一测量值m1和第二测量值m2，进一步计算得到测距结果。
优选的，本发明利用数字控制器的高速并行计算能力对两种波长的反射光信号进行分时并行处理，而不是严格意义上的多处理器并行处理。
具体的，本发明中的数字控制器可以采用哈佛结构的DSP，程序和数据分开，具有并行处理能力，可以减轻程序运行时的数据访存瓶颈。主要完成实时数据处理功能如数字平滑滤波、用于频谱分析的离散傅里叶变换、用于数据压缩的离散余弦变换等，以及特定波长光信号选择、测距计算、可调谐光纤滤波器控制等功能。
在测量过程中，由数字控制器完成高速采样，计算时间、距离等，计算机完成通用的功能，如数据库管理、装置界面、接口、通信等，实现对环形光纤首末两端的同步测量值计算出系统性误差并对输出结果进行修正。
数字控制器的输出端还连接计算机，数字控制器能够控制光分波器与光纤耦合器相连接的端口，本发明中数字控制器通过对环形光纤首末两端的同步测量值计算出系统性误差并对输出结果进行修正，计算机能够显示最终得到的结果，以及用户可以通过计算机对系统中各器件进行操控；
具体的，其中，数字控制器对光纤的测距还包括：
获取光纤的总长s，光纤总长可以通过光纤生产时，在光缆表面印制长度的刻度标记以得到精确值，或者在光缆敷设使用展开时使用光纤筛选机的计米器来测量。
使用分布式光纤传感器系统时，通过控制光分波器使得光纤耦合器的光路同步连接环形光纤的首末两端，并对光纤的首端和末端的反射光进行同步测量，得到第一测量值m1和第二测量值m2。
对光纤首端进行测量时，假设光纤上某点到首端的距离真值为x，考虑到测量过程中的时滞导致的距离计算的系统性误差，记作Δl，则得到的第一测量值m1为：
m1＝x+Δl
对光纤末端进行测量时，先前光纤上的距首端距离真值x的点距离末端的真值为s-x。由于本发明通过光分波器可以实现对环形光纤首末两端的同步测量，就可以认为测量过程中的系统性误差Δl保持不变，则得到的第二测量值m2为：
m2＝s-x+Δl
其中，s为光纤的总长度。
对比以上两式，可以得到系统性误差Δl如下：
m1+m2＝s+2Δl
因此可以通过两次同步测量值，计算出测量过程中的电子装置的时滞带来的系统性误差，在并在计算机程序中加以实时修正，就可以得到准确的最终测距结果。
如图2所示，本发明还提出了一种基于分布式光纤传感技术的测距方法，上述基于分布式光纤传感技术的测距装置能够通过该方法实现光线测距，该测距方法具体包括以下步骤：
步骤1，初始化测距装置，将测距装置中的光分波器同时连接环形光纤的首端和末端；
步骤2，双波长激光光源发射复合光信号，复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器，沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生复合的反射光信号；
双波长激光光源能够输出的不同波长的复合光信号，复合光照射在光纤后，产生的反射光也包括两种波长；
步骤3，复合的反射光信号回到光纤耦合器，通过可调谐光纤滤波器对反射光进行筛选得到单个波长的反射光；
具体的，携带测距信息的反射光经过光纤耦合器返回仍然是两个波长的后向复合光信号，复合光信号经过光纤耦合器并进入可调谐光纤滤波器之后，可调谐光纤滤波器每次只筛选其中一个波长的光信号并将其输入光电探测器进行后续处理，两个同步测量的光信号利用数字控制器的高速并行计算能力进行分时并行处理。
可调谐光纤滤波器对复合反射光信号的筛选还包括：
数字控制器选择复合反射光信号的其中一个波长，并提供对应波长的离散信号至高速D/A转换卡，由高速D/A转换卡将其转换为连续的模拟信号，作为可调谐光纤滤波器的调制信号；
调制信号能够控制可调谐光纤滤波器所允许通过的反射光波长，将可调谐光纤滤波器的通带中心频率调整到该波长对应的频率；
具体的，经过高速D/A转换卡转换为模拟调制信号，作为可调谐光纤滤波器的调制频率，从而把可调谐光纤滤波器的通带中心频率调整到该波长对应的频率，然后接收处理该波长对应的反射波信号。
步骤4，可调谐光纤滤波器将筛选出的单个波长的反射光信号依次传输至光电探测器、信号放大器和高速A/D转换卡，并通过数字控制器计算得到光纤的测距结果；
具体的，步骤4还包括：
步骤4-1，单个波长的反射光信号进入光电探测器转换为电信号，然后进入信号放大器进行放大，并通过高速A/D转换卡转化为数字信号；
可以理解的是，可调谐光纤滤波器筛选出的单个波长的反射光信号为连续的模拟信号，因此需要通过高速A/D转换卡转化为数字信号，使其能够后续被数字控制器进行处理。
步骤4-2，将转换后的数字信号送到数字控制器进行处理，测量得到光纤的系统性误差值；
通过数字控制器进行高速实时处理，得到反射波信号包含的距离信息，并根据距离信息计算系统性误差值，步骤4-2具体包括：
步骤4-2-1，数字控制器根据两种波长的反射光信号对应的数字信号，得到第一测量值和第二测量值；
其中，第一测量值m1和第二测量值m2分别满足：
假设光纤上某点到首端的距离真值为x，考虑到测量过程中的时滞导致的距离计算的系统性误差，记作Δl，则第一测量值m1满足：
m1＝x+Δl
第二测量值m2为光纤上到首端的距离真值为x的点的测量值，第二测量值m2满足：
m，＝s-x+Δl
其中，s为光纤的总长度。
步骤4-2-1，根据第一测量值和第二测量值计算得到系统性误差值；
系统性误差值Δl满足：
根据步骤1～4完成一次测量，得到一个系统性误差值。
步骤5，返回步骤1循环步骤1至4得到多个系统性误差值，并取其平均值作为最终得到的系统性误差值修正测距结果，得到的测距结果通过计算机显示。
具体的，通过多次测量减少单次测量的随机误差，根据采用的光波长和采样速率，可以计算出理论上的测量误差允许值，当剔除明显与前后测量值偏差过大的测量值后，多次测量的值与平均值相差都在理论误差允许值范围之内时，可以认为测量结果的平均值即为消除了随机误差后的测量结果。
优选的，本发明种至少对系统性误差值进行两次测量，且将随机性误差经过多次测量平均，取平均值作为最终得到的系统性误差值；当测量多次且存在偏离平均值过大的值时，即存在明显偏差值，则将存在明显偏差的系统性误差值剔除。
用户可以通过计算机查看测距结果以及计算过程，并且可以通过计算机操控系统中的各器件工作。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明的双波长激光光源经过光分波器理论上不会带来误差，且光分波器本身的误差在测量距离的计算公式中也会被抵消掉，由于不用来回切换光路，因此测量速度更快，可靠性更高。。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言-诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言-诸如口C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络-包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，包括：双波长激光光源、光纤耦合器、光分波器、可调谐光纤滤波器、光电探测器、信号放大器、高速A/D转换卡、数字控制器、高速D/A转换卡和计算机；
双波长激光光源的输出端通过光隔离器与光纤耦合器的输入端相连接，光纤耦合器的输出端分别与光分波器和可调谐光纤滤波器的输入端相连接，可调谐光纤滤波器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接高速A/D转换卡的输入端，高速A/D转换卡的输出端连接数字控制器的输入端，数字控制器的输出端分别连接高速D/A转换卡的输入端和计算机，高速D/A转换卡的输出端连接可调谐光纤滤波器的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
光分波器同时连接环形光纤的首端和末端，双波长激光光源发出的复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器和光分波器，通过光分波器分为两个独立的单波长激光，分别送往光纤的首末两端。
3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
复合光信号沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生两种波长的反射光，反射光反射回到光纤耦合器。
4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
复合光信号经过光纤耦合器并进入可调谐光纤滤波器之后，可调谐光纤滤波器每次只筛选其中一个波长的反射光信号并将其输入光电探测器，光电探测器将单个波长的反射光信号转换为电信号，根据单个波长的反射光分别对光纤的首末端进行测量并计算得到光纤的测量距离信息。
5.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
通过可调谐光纤滤波器筛选反射光信号还包括：
高速D/A转换卡分别将两个特定波长的离散信号转换为连续的模拟信号，且模拟信号作为可调谐光纤滤波器的调制信号；
由高速D/A转换卡提供的调制信号来控制可调谐光纤滤波器所允许通过指定波长的反射光信号，调制信号能够将可调谐光纤滤波器的通带中心频率调整到单个反射光信号对应的频率；
可调谐光纤滤波器接收处理该波长对应的反射光信号，筛选出数字控制器每次计算所需的单个波长的反射光信号，实现对两个波长的反射光分别计算处理。
6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
数字控制器对两种波长的反射光信号进行分时并行处理。
7.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
可调谐光纤滤波器选取出的指定波长的反射光信号进入光电探测器转换为电信号，电信号进入信号放大器进行放大，放大后的电信号通过高速A/D转换卡把连续的反射光转换为离散的数字信号，并送到数字控制器进行高速实时处理；
数字控制器根据两个波长的反射光信号能够分别得到第一测量值和第二测量值，数字控制器根据第一测量值和第二测量值能够计算得到光纤的测量距离信息。
8.根据权利要求7所述的基于分布式光纤传感技术的测距装置，其特征在于，
计算得到光纤的测量距离信息还包括：
对首端进行测量时，假设光纤上某点到首端的距离真值为x，考虑到测量过程中的时滞导致的距离计算的系统性误差，记作Δl，则得到的第一测量值m1为：
m1＝x+Δl
对末端进行测量时，先前光纤上的距首端距离真值x的点距离末端的真值为s-x，s为测量光纤的总长度，测量过程中的系统性误差Δl保持不变，则得到的第二测量值m2为：
m2＝s-x+Δl
根据第一测量值m1和第二测量值m2，得到系统性误差Δl如下：
m1+m2＝s+2Δl
9.一种基于权利要求1-8任一项权利要求所述测距装置的基于分布式光纤传感技术的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，初始化测距装置，将测距装置中的光分波器同时连接环形光纤的首端和末端；
步骤2，双波长激光光源发射复合光信号，复合光信号通过光隔离器、光纤耦合器，沿光纤传播，照射到光纤上某点x，产生复合的反射光信号；
步骤3，复合的反射光信号回到光纤耦合器，通过可调谐光纤滤波器对反射光进行筛选得到单个波长的反射光；
步骤4，可调谐光纤滤波器将筛选出的单个波长的反射光信号依次传输至光电探测器、信号放大器和高速A/D转换卡，并通过数字控制器计算得到光纤的测距结果；
步骤5，返回步骤1循环步骤1至4得到多个系统性误差值，并取其平均值作为最终得到的系统性误差值修正测距结果，得到的测距结果通过计算机显示。
10.根据权利要求9所述的基于分布式光纤传感技术的测距方法，其特征在于，
所述步骤5中，通过多次测量减少单次测量的随机误差，剔除异常数据并计算所有系统性误差值的平均值，作为最终测量结果。
11.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求9～10任一所述方法的步骤。
12.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求9～10任一所述方法的步骤。
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