一种复合原理光纤传感系统和传感方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤传感领域，尤其设及一种基于马赫-曾德干设仪和相位型光时域 反射仪原理的光纤传感系统和传感方法。
【背景技术】
[0002] 分布式光纤传感系统由于其灵敏度高，不受电磁干扰，检测范围广，成本低等特 点，广泛应用于长距离油气管道监测及周界安防，建筑结构健康监测等领域，是近数十年的 研究热点。
[0003] Mach-Zehnder/Sagnac干设仪分布光纤传感系统，利用检测两传感光路中由外界 扰动所造成的相位差变化，并通过相关时延估计的方法进行定位，能对振动进行良好的感 知。但由于相关时延估计方法本身确定时延的难度性，使得该方法定位精度不高，对振动点 的准确判断困难重重。
[0004] 基于光时域反射仪（OTDR)技术的分布式光纤传感系统利用光波在光纤中传输时 发生的瑞丽散射现象，在背向检测瑞利散射光的强度来得到光纤的损耗变化并精确定位光 纤故障点。由于该种技术是对瑞利散射光的强度进行测量，因此其测量灵敏度比较低且仅 能响应静态损耗的变化。
[0005] 基于相干瑞利散射的O-0TDR(相敏OTDR)技术，通过使用长相干光源，检测光脉 冲返回光的相干结果，其干设方法能有效实现动态响应，能同时实现高定位精度和高灵敏 度检测，尤其是对于微弱扰动信号的检测。但是由于其发射脉冲的频率受到光纤长度的限 审IJ，其频率响应非常低，导致无法对振动事件进行有效的识别，误报率高。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种复合原理光纤传感系统和传感方法，本发明成功结合了 Mach-Zehnder干设仪和相敏OTDR技术，使其同时拥有高定位精度和高频率响应，能够很好 地对振动事件进行识别，有效降低误报率，详见下文描述：
[0007] 一种复合原理光纤传感系统，由激光光源、FPGA、EDFA及其滤波器、声光调制器、光 纤环形器、禪合器、光电探测器、带通滤波电路、混频器、上位机和传感光纤构成，
[000引激光光源产生连续光，经由禪合器分为3部分，一部分为本振光，另两部分为探测 光，一束探测光经由声光调制器后从传感光纤一端注入，另一探测光经由另一声光调制器 转换为光脉冲，从传感光纤的另一端注入；
[0009] 在光电探测器前，本振光、正向探测光、背向散射光相干设，产生拍频信号，光电探 测器将拍频信号转换为电信号，电信号经过带通滤波电路滤除差频分量，再经由混频器实 现拍频的降低，通过采集卡采集并放大信号，在上位机中，实现不同频率的调幅解调，分别 得到正向探测信号和背向散射信号。
[0010] 一种用于复合原理光纤传感系统的传感方法，所述方法包括W下步骤：
[0011] 对背向散射信号使用改进型移动平均算法和均峰比算法获取振动位置；
[0012] 对正向探测信号进行分析识别，判定振动种类，降低误报率。
[0013] 所述对背向散射信号使用改进型移动平均算法和均峰比算法获取振动位置的步 骤具体为：
[0014] 选取K条迹线、平均次数M和间隔参数n，对第1条到第M条进行平均、第n条到第 M-n+1条进行平均……共得T = int (化-M)/n)+l条平均曲线；
[0015] 抽取时域信号；分别计算各个时域信号的均峰比，通过均峰比获取振动位置。
[0016] 所述计算各个时域信号的均峰比的步骤具体为：
[0017] 均峰比计算为 Cj= max 100(I tj I)/average。tjl)，其中 maXiooO tj I)表示取 I tjl 最 大100个值的平均值；average (I tj. I)为计算I tj. I的平均值，用w描述光强和噪声水平；将 均峰比Cj.作为对光纤上K条迹线时间内的综合评价。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是；本系统拥有和相敏OTDR -样的定位精度， 同时可W获得振动的高频细节，进而进行精确的振动类型识别，有效降低系统的误报率。用 时，系统成功实现光源、传感光纤、探测器、信号调理等部分的复用，使得系统结构相对简 单，成本较低。本发明克服了现有系统不能同时兼有高定位精度和高频率分别率的问题，并 且本发明成功复用如光源、传感光纤、探测器、信号调理电路等部分，有效简化了系统结构。 该系统同时具有分布式光纤监检测系统所特有的分布式、受电磁等外界干扰小等特点，且 安装方便，可W很好的满足各种振动检测和监测应用，尤其是长距离的管道监测与周界安 防等。
【附图说明】
[0019] 图1为一种复合原理光纤传感系统的结构示意图；
[0020] 图2 (a)为振动信号时域波形示意图；
[0021] 图2(b)为振动信号小波包分解结果示意图。
[0022] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0023] 1、激光光源； 2、1 ; 99禪合器；
[0024] 3、第一 1 ;1禪合器； 4、80MHz声光调制器；
[0025] 5U10MHZ声光调制器； 6、第一邸FA及其滤波器；
[0026] 7、第二邸FA及其滤波器； 8、环形器；
[0027] 9、传感光纤； 10、第二1 ;1禪合器；
[002引 11、第^邸尸4及其滤波器； 12、光电探测器；
[0029] 13、带通滤波电路； 14、信号发生器；
[0030] 15、混频器机； 16、低通滤波电路；
[0031] 17、信号采集调理模块； 18、上位机；
[0032] 19、FPGA。
【具体实施方式】
[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0034] 一种复合原理光纤传感系统，参见图1，该复合原理光纤传感系统由：激光光源1、 1 ;99禪合器2、第一 1 ;1禪合器3、80MHz声光调制器4、110MHz声光调制器5、第一邸FA (渗 巧光纤放大器）及其滤波器6、第二邸FA及其滤波器7、环形器8、传感光纤9、第二1 ;1禪 合器10、第S邸FA及其滤波器11、光电探测器12、带通滤波电路13、信号发生器14、混频器 15、低通滤波电路16、信号采集调理模块17、上位机18和FPGA19构成。
[0035] 由激光光源1产生窄线宽的连续光，经由1 ;99禪合器2产生探测光和本振光。本 振光直接到达第二1 ;1禪合器10。探测光经由第一 1 ;1禪合器3分为两束探测光。第一