CN117109721B - Das系统中散射点位置查找装置、查找方法及解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种DAS系统中散射点位置查找装置、查找方法及解调方法,其中,DAS系统中散射点位置查找装置用于查找DAS系统中散射点位置,DAS系统设有用于获取干涉包络信号的数据采集控制卡,DAS系统中散射点位置查找装置包括依次相连的光信号分路模块、光电转换模块、脉冲提取模块和第二数控延迟模块,光信号分路模块与DAS系统中的光环形器相连,第二数控延迟模块与数据采集控制卡相连。与现有技术相比,本发明具有减少冗余数据处理量、提高数据处理效率、突破传感光纤长度所制约的系统最大测试速度等有益效果。

Description

DAS系统中散射点位置查找装置、查找方法及解调方法
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术领域,尤其是涉及一种DAS系统中散射点位置查找装置、查找方法及解调方法。
背景技术
光纤分布式声波传感技术(Fiber-optic distributed acoustic sensor, DAS)是近几十年来最具吸引力和发展前景的光纤传感技术之一,具有灵敏度高、传感距离长、且能够实时监测等优点被广泛应用于油气勘探、管道监测、周界安防以及结构健康监测等领域。传统DAS系统中通常采用的是单模光纤,其后向瑞利散射信号非常微弱,因此信噪比不高。此外,单模光纤制备工艺等问题导致光纤折射率难以均衡,会使得瑞利散射信号之间的干涉具有一定随机性,从而产生相干衰落。相干衰落会严重影响系统的检测性能,这是因为大量衰落点的存在导致探测信号难以实现正确的相位解调,进而无法保证解调信号的精度和可靠性等,无法应用于各种高精度声波探测场合。而散射增强光纤能够有效解决该问题,其通过紫外刻写或者飞秒写栅的方式在单模光纤上引入散射增强点阵列实现高信噪比信号的获得。因散射增强点提高了反射信号的强度,解决了由于光纤不均匀折射率导致的随机衰落点问题,进而实现了相干衰落现象的有效抑制,提升了探测信号的信噪比。
基于离散式散射增强光纤DAS系统的传统解调方法是采集整条传感光纤上的数据,然后再用离线的方式查找散射增强点在光纤上的位置,进而选取散射增强点附近的数据点进行相位解调。这种方式由于采集了前端通信光纤和散射增强点之间的冗余光纤数据,导致数据采集时间增加,且采集数据量过大,处理时间成本也急剧增加,无法满足系统需要实时高效处理数据的需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减少冗余数据处理量、提高数据处理效率、突破传感光纤长度所制约的系统最大测试速度的DAS系统中散射点位置查找装置、查找方法及解调方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种DAS系统中散射点位置查找装置,用于查找DAS系统中散射点位置,所述DAS系统设有用于获取干涉包络信号的数据采集控制卡,所述查找装置包括依次相连的光信号分路模块、光电转换模块、脉冲提取模块和第二数控延迟模块,所述光信号分路模块与所述DAS系统中的光环形器相连,所述第二数控延迟模块与所述数据采集控制卡相连,其中:
所述光信号分路模块,用于对所述光环形器的输出信号进行分路处理,获取分路光信号;
所述光电转换模块,用于对所述分路光信号进行光电转换,获取所述分路光信号对应的电信号;
所述脉冲提取模块,用于提取所述电信号中的脉冲信号;
所述第二数控延迟模块,用于采用第二延迟量对所述脉冲信号进行延迟处理,以使得所述脉冲信号与所述干涉包络信号之间的延迟量最小;
所述数据采集控制卡根据所述第二数控延迟模块所输出的所述脉冲信号的上升沿确定散射点位置。
作为优选的技术方案,所述脉冲提取模块包括:功分器、尖峰脉冲滤除电路、第一数控延迟模块和减法器,所述尖峰脉冲滤除电路的输入端和输出端分别与所述功分器和所述减法器相连,所述第一数控延迟模块的输入端和输出端分别与所述功分器和所述减法器相连,其中:
所述功分器,用于将所述电信号分为两路功率相同的电信号,并分别将两路电信号输入至所述尖峰脉冲滤除电路和所述第一数控延迟模块;
所述尖峰脉冲滤除电路,用于滤除输入电信号的脉冲信号,以获得平滑的趋势信号;
所述第一数控延迟模块,用于采用第一延迟量对一路所述电信号进行延迟处理,以将该路所述电信号和所述尖峰脉冲滤除电路输出的所述电信号对齐;
所述减法器,用于对所述尖峰脉冲滤除电路输出的电信号和所述第一数控延迟模块输出的电信号进行差分处理,获得滤除趋势信号的脉冲信号。
作为更加优选的技术方案,所述脉冲提取模块还包括:
放大器,其输入端与所述减法器相连,用于对输入信号进行放大。
作为更加优选的技术方案,所述查找装置还包括:
脉冲整形电路,其输入端和输出端分别与所述放大器和所述第二数控延迟模块相连,用于对所述脉冲信号进行整形。
作为更加优选的技术方案,所述第一数控延迟模块和所述第二数控延迟模块均为数控延迟芯片。
作为优选的技术方案,所述查找装置还包括:
光信号放大模块,其输入端和输出端分别与所述光信号分路模块和所述光电转换模块相连,用于对所述分路光信号进行放大,并将放大后的所述分路光信号输入至所述光电转换模块。
作为更加优选的技术方案,所述光信号放大模块包括第二掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器。
作为更加优选的技术方案,所述光电转换模块为雪崩光电二极管。
作为更加优选的技术方案,所述DAS系统为基于外差探测结构的离散散射增强DAS系统,或者为基于非平衡干涉仪结构的离散散射增强DAS系统,或者为基于外差探测和平衡探测器的离散散射增强DAS系统。
本发明还提供一种DAS系统中散射点位置查找方法,该方法包括:
将上述任一项所述的DAS系统中散射点位置查找装置接入连续运行的DAS系统;
设定第二数控延迟模块的第二延迟量,以使得脉冲提取模块所提取的脉冲信号与所述DAS系统中数据采集控制卡所获取的干涉包络信号之间的延迟量最小;
根据所述第二数控延迟模块所输出脉冲信号的上升沿确定所述DAS系统中的散射点位置。
作为优选的技术方案,所述设定第二数控延迟模块的第二延迟量,包括:
测量所述脉冲信号与所述干涉包络信号之间的时间间隔
调整所述第二数控延迟模块的所述第二延迟量,确定使得时间间隔最小的第二延迟量/>
作为优选的技术方案,所述方法还包括:
设定第一数控延迟模块的第一延迟量,以将输入所述第一数控延迟模块的电信号与尖峰脉冲滤除电路输出的电信号对齐。
作为更加优选的技术方案,所述设定第一数控延迟模块的第一延迟量,包括:
测量脉冲提取模块中减法器的两个输入信号之间的延迟量
调整所述第一数控延迟模块的所述第一延迟量,确定使得延迟量最小的第一延迟量/>
本发明还提供一种解调方法,该方法包括:
在数据采集控制卡检测到DAS系统中散射点位置查找装置中的第二数控延迟模块所输出的脉冲信号的上升沿时,保存所述数据采集控制卡所获取的干涉包络信号;
采用保存的所述干涉包络信号进行相位解调。
作为优选的技术方案,所述保存所述数据采集控制卡所获取的干涉包络信号,包括:
保存所述数据采集控制卡所获取的长度为L的干涉包络信号;
其中,D为DAS系统中的光脉冲宽度;G所述数据采集控制卡中模数转换芯片的采样率。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
一、减少冗余数据处理量,提高数据处理效率:本发明中的DAS系统中散射点位置查找装置及查找方法采用在线查找的方式,能够实现在单次测量中仅采集并处理散射增强点位置的光纤数据,能够有效减少数据处理量,提高数据处理效率,满足实时高效处理数据的需求。
二、突破传感光纤长度所制约的系统最大测试速度:本发明中的DAS系统中散射点位置查找装置及查找方法采用在线查找的方式,使得系统测试速度不再受前端通信光纤长度的制约,能够突破传感光纤长度所制约的系统最大测试速度,对于基于散射增强DAS系统的系统工程化具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例中DAS系统中散射点位置查找装置的结构示意图;
图2为本发明实施例中应用于基于外差探测结构的离散散射增强DAS系统时,DAS系统中散射点位置查找装置的结构示意图;
图3为本发明实施例中应用于基于非平衡干涉仪结构的离散散射增强DAS系统时,DAS系统中散射点位置查找装置的结构示意图;
图4为本发明实施例中基于外差探测和平衡探测器的离散散射DAS系统的结构示意图;
图5为本发明实施例中基于马赫-曾德非平衡干涉仪的离散散射增强DAS系统;
图6为本发明实施例中DAS系统中散射点位置查找方法的流程示意图;
图7为本发明实施例中解调方法的流程示意图。
图中标号所示:
100、DAS系统中散射点位置查找装置,101、光信号分路模块,102、光电转换模块,103、脉冲提取模块,1031、功分器,1032、尖峰脉冲滤除电路,1033、第一数控延迟模块,1034、减法器,1035、放大器,104、第二数控延迟模块,105、脉冲整形电路,106、光信号放大模块,1061、第二掺铒光纤放大器,1062、半导体光放大器;
200、DAS系统,201、窄线宽激光器,202、光纤耦合器,203、声光调制器驱动器,204、声光调制器,205、第一掺铒光纤放大器,206、光纤带通滤波器,207、第一光环形器,207’、第二光环形器,208、3×3光纤耦合器,209、第一光电探测器,209’、第二光电探测器,209’’、第三光电探测器,210、数据采集控制卡,211、偏振控制器,212、第一法拉第旋转镜,212’、第二法拉第旋转镜。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,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所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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。
需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本实施例的描述中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
请参见图1,本实施例提供一种DAS系统中散射点位置查找装置100,该装置用于查找DAS系统200中散射点位置,DAS系统200设有用于获取干涉包络信号的数据采集控制卡210,该装置包括:依次相连的光信号分路模块101、光电转换模块102、脉冲提取模块103和第二数控延迟模块104,光信号分路模块101与DAS系统200中的第一光环形器207相连,第二数控延迟模块104与数据采集控制卡210相连,其中:
光信号分路模块101,用于对第一光环形器207的输出信号进行分路处理,获取分路光信号;
光电转换模块102,用于对分路光信号进行光电转换,获取分路光信号对应的电信号;
脉冲提取模块103,用于提取电信号中的脉冲信号;
第二数控延迟模块104,用于采用第二延迟量对脉冲信号进行延迟处理,以使得脉冲信号与干涉包络信号之间的延迟量最小;
数据采集控制卡210根据第二数控延迟模块104所输出的脉冲信号的上升沿确定散射点位置。
可选地,上述脉冲提取模块103包括:功分器1031、尖峰脉冲滤除电路1032、第一数控延迟模块1033和减法器1034,尖峰脉冲滤除电路1032的输入端和输出端分别与功分器1031和减法器1034相连,第一数控延迟模块1033的输入端和输出端分别与功分器1031和减法器1034相连,其中:
功分器1031,用于将电信号分为两路功率相同的电信号,并分别将两路电信号输入至尖峰脉冲滤除电路1032和第一数控延迟模块1033;
尖峰脉冲滤除电路1032,用于滤除输入电信号的脉冲信号,以获得平滑的趋势信号;
第一数控延迟模块1033,用于采用第一延迟量对一路电信号进行延迟处理,以将该路电信号和尖峰脉冲滤除电路1032输出的电信号对齐;
减法器1034,用于对尖峰脉冲滤除电路1032输出的电信号和第一数控延迟模块1033输出的电信号进行差分处理,获得滤除趋势信号的脉冲信号。
可选地,上述脉冲提取模块103还包括:
放大器1035,其输入端与减法器1034相连,用于对输入信号进行放大。
可选地,上述DAS系统中散射点位置查找装置100还包括:
脉冲整形电路105,其输入端和输出端分别与放大器1035和第二数控延迟模块104相连,用于对脉冲信号进行整形。
可选地,上述第一数控延迟模块1032和第二数控延迟模块104均为数控延迟芯片。更加具体地,第一数控延迟模块1032和第二数控延迟模块104均为数控精密可调延迟芯片。
可选地,上述DAS系统中散射点位置查找装置100还包括:
光信号放大模块106,其输入端和输出端分别与光信号分路模块101和光电转换模块102相连,用于对分路光信号进行放大,并将放大后的分路光信号输入至光电转换模块102。
可选地,上述光信号放大模块106包括第二掺铒光纤放大器1061和/或半导体光放大器1062。
可选地,上述光电转换模块102为雪崩光电二极管。
可选地,上述光信号分路模块101可以为光纤耦合器。
实施例2
本实施例中的DAS系统200为基于外差探测结构的离散散射DAS系统,其结构如图2所示,DAS系统200包括:窄线宽激光器201、光纤耦合器202、声光调制器驱动器203、声光调制器204、第一掺铒光纤放大器205、光纤带通滤波器206、第一光环形器207、3×3光纤耦合器208、第一光电探测器209、第二光电探测器209’、第三光电探测器209’’、偏振控制器211和数据采集控制卡210,其中:
窄线宽激光器201、光纤耦合器202的一个输出端、声光调制器204、第一掺铒光纤放大器205、光纤带通滤波器206和第一光环形器207依次相连,光纤耦合器202的另一个输出端与偏振控制器211的输入端相连,偏振控制器211的输出端与3×3光纤耦合器208的输入端相连,3×3光纤耦合器208的输出端分别与第一光电探测器209、第二光电探测器209’和第三光电探测器209’’的输入端相连,第一光电探测器209、第二光电探测器209’和第三光电探测器209’’的输出端均与数据采集控制卡210相连;
声光调制器驱动器203的两端分别与数据采集控制卡210和声光调制器204相连;
光信号分路模块101的输入端与第一光环形器207相连,光信号分路模块101按照一定分光比(例如0.95:0.05)分光后,将一路光信号输入至光信号放大模块106,将另一路光信号输入至3×3光纤耦合器208。
可选地,上述数据采集控制卡210获取干涉包络信号的方式可以为:
通过对三路光电探测器(即第一光电探测器209、第二光电探测器209’和第三光电探测器209’’)发送过来的数字化后的信号进行处理,处理过程为:
首先,对三路信号分别求平方;
然后,将三路求平方后的信号相加求和;
最后,对求和结果再进行开平方运算,获得干涉包络信号。
在本实施例中,上述DAS系统中散射点位置查找装置100中的第二数控延迟模块104的输出信号输入至数据采集控制卡210,数据采集控制卡210通过第二数控延迟模块104输出的脉冲信号中的上升沿确定DAS系统中的散射点位置。
实施例3
本实施例中的DAS系统200为非平衡干涉仪结构的离散散射增强DAS系统,其结构如图3所示,DAS系统200包括:窄线宽激光器201、声光调制器驱动器203、声光调制器204、第一掺铒光纤放大器205、光纤带通滤波器206、第一光环形器207、第二光环形器207’、3×3光纤耦合器208、第一光电探测器209、第二光电探测器209’、第三光电探测器209’’、数据采集控制卡210、第一法拉第旋转镜212和第二法拉第旋转镜212’,其中:
窄线宽激光器201、声光调制器204、第一掺铒光纤放大器205、光纤带通滤波器206和第一光环形器207依次相连;光信号分路模块101的输出分为两路,一路连接光信号放大模块206,另一路连接第二光环形器207’的输入端,经由3×3光纤耦合器208的一路进入由第一法拉第旋转镜212和第二法拉第旋转镜212’以及连接光纤组成的迈克尔逊干涉仪中;第二光环形器207’的输出端和3×3光纤耦合器208的另外两路分别与第一光电探测器209、第二光电探测器209’和第三光电探测器209’’相连。其他的装置连接关系以及散射点查找装置工作原理与上述实施例1和实施例2相同,本实施例不再赘述。
实施例4
除采用如图2所示的基于外差探测结构的离散散射DAS系统以及如图3所示的非平衡干涉仪结构的离散散射增强DAS系统外,DAS系统200还可以采用如图4所示的基于外差探测和平衡探测器的离散散射增强DAS系统,或者采用如图5所示的基于马赫-曾德非平衡干涉仪的离散散射增强DAS系统。具体实施时仅需要在DAS系统200的光环形器207输出端连接上述DAS系统中散射点位置查找装置100中的光信号分路模块101,分出一部分光进入DAS系统中散射点位置查找装置100即可,然后将DAS系统中散射点位置查找装置100的第二数控延迟模块104的输出接入数据采集控制卡210。
实施例5
请参见图6,基于相同的发明构思,本实施例提供一种DAS系统中散射点位置查找方法,该方法包括:
步骤S310:将上述任一项DAS系统中散射点位置查找装置100接入连续运行的DAS系统200;
步骤S320:设定第二数控延迟模块的第二延迟量,以使得脉冲提取模块所提取的脉冲信号与DAS系统中数据采集控制卡所获取的干涉包络信号之间的延迟量最小;
步骤S330:根据第二数控延迟模块所输出脉冲信号的上升沿确定DAS系统中的散射点位置。
可以理解的是,步骤S310将DAS系统中散射点位置查找装置100接入连续运行的DAS系统200的方法可以为:
将DAS系统中散射点位置查找装置100中的光信号分路模块101接入DAS系统200中的光环形器207,将DAS系统中散射点位置查找装置100中的第二数控延迟模块104接入数据采集控制卡210。
可选地,上述步骤S320包括:
测量脉冲信号与所述干涉包络信号之间的时间间隔,具体的:
观测干涉包络信号上第一个脉冲与脉冲信号的第一个脉冲之间的延迟,记为
调整所述第二数控延迟模块的所述第二延迟量,确定使得时间间隔最小的第二延迟量/>
可选地,在上述步骤S310之后,上述DAS系统中散射点位置查找方法还包括:
步骤S340:设定第一数控延迟模块的第一延迟量,以将输入所述第一数控延迟模块的电信号与尖峰脉冲滤除电路输出的电信号对齐。
可选地,步骤S340包括:
测量脉冲提取模块中减法器的两个输入信号之间的延迟量
调整所述第一数控延迟模块的所述第一延迟量,确定使得延迟量最小的第一延迟量/>
可以理解的是,上述第一延迟量和第二延迟量的调整仅需在初次使用时进行,后续针对DAS系统200的例如更换离散散射增强光纤等操作并不需要对第一延迟量和第二延迟量进行重新调整。
实施例6
请参见图7,基于相同的发明构思,本实施例提供一种解调方法,该方法用于连接有上述DAS系统中散射点位置查找装置100的DAS系统200,该方法包括:
步骤S410:在数据采集控制卡210检测到DAS系统中散射点位置查找装置中的第二数控延迟模块104所输出的脉冲信号的上升沿时,保存数据采集控制卡210所获取的干涉包络信号;
步骤S420:采用保存的所述干涉包络信号进行相位解调。
可以理解的是,步骤S420进行相位解调的方式请参照相关技术,本实施例不再赘述。
可选地,步骤S420包括:
保存所述数据采集控制卡所获取的长度为L的干涉包络信号;
其中,D为DAS系统中的光脉冲宽度;G为所述数据采集控制卡中模数转换芯片的采样率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (12)

1.一种DAS系统中散射点位置查找装置,用于查找DAS系统中散射点位置,所述DAS系统设有用于获取干涉包络信号的数据采集控制卡,其特征在于,所述查找装置包括依次相连的光信号分路模块、光电转换模块、脉冲提取模块和第二数控延迟模块,所述光信号分路模块与所述DAS系统中的光环形器相连,所述第二数控延迟模块与所述数据采集控制卡相连,其中:
所述光信号分路模块,用于对所述光环形器的输出信号进行分路处理,获取分路光信号;
所述光电转换模块,用于对所述分路光信号进行光电转换,获取所述分路光信号对应的电信号;
所述脉冲提取模块,用于提取所述电信号中的脉冲信号;
所述第二数控延迟模块,用于采用第二延迟量对所述脉冲信号进行延迟处理,以使得所述脉冲信号与所述干涉包络信号之间的延迟量最小;
所述数据采集控制卡根据所述第二数控延迟模块所输出的所述脉冲信号的上升沿确定散射点位置;
所述脉冲提取模块包括:功分器、尖峰脉冲滤除电路、第一数控延迟模块和减法器,所述尖峰脉冲滤除电路的输入端和输出端分别与所述功分器和所述减法器相连,所述第一数控延迟模块的输入端和输出端分别与所述功分器和所述减法器相连,其中:
所述功分器,用于将所述电信号分为两路功率相同的电信号,并分别将两路电信号输入至所述尖峰脉冲滤除电路和所述第一数控延迟模块;
所述尖峰脉冲滤除电路,用于滤除输入电信号的脉冲信号,以获得平滑的趋势信号;
所述第一数控延迟模块,用于采用第一延迟量对一路所述电信号进行延迟处理,以将该路所述电信号和所述尖峰脉冲滤除电路输出的所述电信号对齐;
所述减法器,用于对所述尖峰脉冲滤除电路输出的电信号和所述第一数控延迟模块输出的电信号进行差分处理,获得滤除趋势信号的脉冲信号;
所述脉冲提取模块还包括:
放大器,其输入端与所述减法器相连,用于对输入信号进行放大;
所述查找装置还包括:
脉冲整形电路,其输入端和输出端分别与所述放大器和所述第二数控延迟模块相连,用于对所述脉冲信号进行整形。
2.根据权利要求1所述的一种DAS系统中散射点位置查找装置,其特征在于,所述第一数控延迟模块和所述第二数控延迟模块均为数控延迟芯片。
3.根据权利要求1所述的一种DAS系统中散射点位置查找装置,其特征在于,所述查找装置还包括:
光信号放大模块,其输入端和输出端分别与所述光信号分路模块和所述光电转换模块相连,用于对所述分路光信号进行放大,并将放大后的所述分路光信号输入至所述光电转换模块。
4.根据权利要求3所述的一种DAS系统中散射点位置查找装置,其特征在于,所述光信号放大模块包括第二掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种DAS系统中散射点位置查找装置,其特征在于,所述光电转换模块为雪崩光电二极管。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的一种DAS系统中散射点位置查找装置,其特征在于,所述DAS系统为基于外差探测结构的离散散射增强DAS系统,或者为基于非平衡干涉仪结构的离散散射增强DAS系统,或者为基于外差探测和平衡探测器的离散散射增强DAS系统。
7.一种DAS系统中散射点位置查找方法,其特征在于,所述方法包括:
将如权利要求1~6中任一项所述的DAS系统中散射点位置查找装置接入连续运行的DAS系统;
设定第二数控延迟模块的第二延迟量,以使得脉冲提取模块所提取的脉冲信号与所述DAS系统中数据采集控制卡所获取的干涉包络信号之间的延迟量最小;
根据所述第二数控延迟模块所输出脉冲信号的上升沿确定所述DAS系统中的散射点位置。
8.根据权利要求7所述的一种DAS系统中散射点位置查找方法,其特征在于,所述设定第二数控延迟模块的第二延迟量,包括:
测量所述脉冲信号与所述干涉包络信号之间的时间间隔
调整所述第二数控延迟模块的所述第二延迟量,确定使得时间间隔最小的第二延迟量/>
9.根据权利要求7或8所述的一种DAS系统中散射点位置查找方法,其特征在于,所述方法还包括:
设定第一数控延迟模块的第一延迟量,以将输入所述第一数控延迟模块的电信号与尖峰脉冲滤除电路输出的电信号对齐。
10.根据权利要求9所述的一种DAS系统中散射点位置查找方法,其特征在于,所述设定第一数控延迟模块的第一延迟量,包括:
测量脉冲提取模块中减法器的两个输入信号之间的延迟量
调整所述第一数控延迟模块的所述第一延迟量,确定使得延迟量最小的第一延迟量
11.一种解调方法,该方法用于连接有如权利要求1~6中任一项所述的DAS系统中散射点位置查找装置的DAS系统,其特征在于,所述方法包括:
在数据采集控制卡检测到DAS系统中散射点位置查找装置中的第二数控延迟模块所输出的脉冲信号的上升沿时,保存所述数据采集控制卡所获取的干涉包络信号;
采用保存的所述干涉包络信号进行相位解调。
12.根据权利要求11所述的一种解调方法,其特征在于,所述保存所述数据采集控制卡所获取的干涉包络信号,包括:
保存所述数据采集控制卡所获取的长度为L的干涉包络信号;
其中,D为DAS系统中的光脉冲宽度;G为所述数据采集控制卡中模数转换芯片的采样率。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8611407D0 (en) * 1986-05-09 1986-10-01 Stc Plc Sensor
CN103411661A (zh) * 2013-09-03 2013-11-27 东南大学 多区域功率适配型高灵敏度光纤振动传感方法及系统
CN106949954A (zh) * 2017-03-15 2017-07-14 武汉理工大学 一种光纤振动信号检测装置与方法
CN110031082A (zh) * 2019-05-10 2019-07-19 山东省科学院激光研究所 分布式光纤振动监测系统事件定位方法、装置及应用
CN110365415A (zh) * 2019-08-01 2019-10-22 浙江大学 一种基于光纤光栅传感器阵列的调频解调装置
CN114692408A (zh) * 2022-03-28 2022-07-01 中国石油大学(华东) 一种分布式光纤声传感系统的仿真建模方法
CN116299230A (zh) * 2023-02-15 2023-06-23 北京无线电测量研究所 一种雷达系统中基于fpga的时分复用目标模拟方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI322884B (en) * 2007-03-27 2010-04-01 Ind Tech Res Inst Singal analysis method for vibratory interferometry

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8611407D0 (en) * 1986-05-09 1986-10-01 Stc Plc Sensor
CN103411661A (zh) * 2013-09-03 2013-11-27 东南大学 多区域功率适配型高灵敏度光纤振动传感方法及系统
CN106949954A (zh) * 2017-03-15 2017-07-14 武汉理工大学 一种光纤振动信号检测装置与方法
CN110031082A (zh) * 2019-05-10 2019-07-19 山东省科学院激光研究所 分布式光纤振动监测系统事件定位方法、装置及应用
CN110365415A (zh) * 2019-08-01 2019-10-22 浙江大学 一种基于光纤光栅传感器阵列的调频解调装置
CN114692408A (zh) * 2022-03-28 2022-07-01 中国石油大学(华东) 一种分布式光纤声传感系统的仿真建模方法
CN116299230A (zh) * 2023-02-15 2023-06-23 北京无线电测量研究所 一种雷达系统中基于fpga的时分复用目标模拟方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Phase correction based SNR enhancement for distributed acoustic sensing with strong environmental background interference;Caiyun LI;《Optics and Lasers in Engineering》;第168卷;全文 *
基于Φ-OTDR的光纤分布式传感信号处理及应用;吴慧娟;《激光与光电子学进展》;第58卷(第13期);全文 *

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