一种光频域反射中基于重叠窗口的应变传感解调方法与流程

技术特征：
1.一种光频域反射中基于重叠窗口的应变解调方法，其特征是包括以下步骤：第一步，利用ofdr系统进行两次传感测量，一次为未发生应变变化作为参考组和一次为产生应变变化作为测量组，并对两种数据分别进行快速傅里叶变换，将光频域信息转换到对应测试光纤中各个位置的距离域信息。第二步，从信号的零位置开始，用一个长度为n的移动数据窗口截取该瑞利散射信号，得到该位置处的局部瑞利散射信号；第三步，在得到的局部瑞利散射信号的末端补零，再进行快速傅里叶逆变换，得到该位置对应的局部瑞利散射光谱。第四步：将得到的局部瑞利散射光谱减去其平均值，得到一个零均值的信号。第五步，将参考组和测量组经步骤二到四处理后的光谱信号进行互相关操作，得到该位置处的互相关图，并把互相关图中峰值所在位置偏移中心位置的大小记为该数据窗口起始点处对应位置处的应变值，互相关峰的偏移方向反映了测量组是受到拉应力还是压应力。第六步，将数据窗口向后移动m个数据点，这里n>m，以保证前后两个数据窗口间有重叠部分，重叠区域长度为(n
‑
m)，继续重复步骤二到步骤五，直至获取到整条测试光纤上的各个位置处的光谱偏移量，此时系统能分辨最小长度为m个数据点对应的距离。第七步，将每一次窗口移动采集到的光谱偏移量绘制成一条曲线，在这个曲线中，受到应变的位置会有明显的突起，这就是应变所在位置，将这个突起位置的数据点取平均值减去整条曲线的平均值，从而得到该位置处的应变值。2.根据权利要求1所述的光频域反射中基于重叠窗口的应变解调方法，其特征是：第三步中，补零数根据具体的测量系统来决定。3.一种实现权利要求1所述方法的光频域反射的分布式光纤传感装置，其特征是，包括：可调谐激光器(1)、95:5光分束器(4)、计算机(11)、gpib控制模块(18)、基于辅助干涉仪的时钟触发装置(21)、主干涉仪(22)，gpib控制模块(18)输入端与计算机(11)相连，gpib控制模块(18)输出端与可调谐激光器(1)相连，可调谐激光器(1)与95:5光分束器(4)的a端口相连，95:5光分束器(4)的b和c端口分别与基于辅助干涉仪的时钟触发装置(21)和主干涉仪(22)相连。4.根据权利要求3所述的光频域反射的分布式光纤传感装置，其特征是，基于辅助干涉仪的时钟触发装置(21)包括：第一平衡探测器(2)、第一50:50耦合器(5)、时钟整形电路模块(6)、延迟光纤(7)、第一法拉第转镜(8)、第二法拉第转镜(9)和第一环形器(10)。5.根据权利要求3所述的光频域反射的分布式光纤传感装置，其特征是，主干涉仪(22)包括：80:20分束器(3)、偏振控制器(12)、第二环形器(13)、第二50:50耦合器(14)、第二平衡探测器(16)、采集装置(17)、参考臂(19)、测试臂(20)和长距离光纤光栅(23)。6.根据权利要求4所述的光频域反射的分布式光纤传感装置，其特征是，gpib控制模块(18)输入端与计算机(11)相连；gpib控制模块(18)输出端与可调谐激光器(1)相连；可调谐激光器(1)与95:5光分束器(4)的a端口相连；95:5光分束器(4)的b端口与第一环形器(10)的a端口相连；第一环形器(10)的b端口与第一50:50耦合器(5)的a端口相连；第一环形器(10)的c端口与第一平衡探测器(2)的输入端相连；第一50:50耦合器(5)的b端口与第一平衡探测器(2)的输入端相连；第一50:50耦合器(5)的c端口与第一法拉第转镜(8)相连；第一
50:50耦合器(5)的d端口通过延迟光纤(7)与第二法拉第转镜(9)相连；第一平衡探测器(2)的输出端与时钟整形电路模块(6)的输入端相连；时钟整形电路模块(6)的输出端与采集装置(17)的输入端相连。7.根据权利要求5所述的光频域反射的分布式光纤传感装置，其特征是，95:5光分束器(4)的c端口与80:20分束器(3)的a端口相连；80:20分束器(3)的b端口通过参考臂(19)与偏振控制器(12)的输入端相连；80:20分束器(3)的c端口通过测试臂(20)与第二环形器(13)的a端口相连；偏振控制器(12)的输出端与第二50:50耦合器(14)的a端口相连；第二环形器(13)的b端口与第二50:50耦合器(14)的b端口相连；环形器(13)的c端口与通过拉伸区与长距离光纤光栅(23)相连；第二50:50耦合器(14)的c端口与第二平衡探测器(16)的输入端相连；第二50:50耦合器(14)的d端口与第二平衡探测器(16)的输入端相连；第二平衡探测器(16)的输出端与采集装置(17)的输入端相连；采集装置(17)的输出端与计算机(11)相连。

技术总结
一种光频域反射中基于重叠窗口的应变传感解调方法，涉及光纤传感技术领域，利用被测光纤应变区的背向瑞利散射模间干涉进行应变传感。在经典瑞利散射光谱互相关法的基础上，通过将数据窗口进行部分重叠，解决了OFDR分布式应变传感系统中空间分辨率和应变分辨率不能同时提高的问题，使算法的性能进一步提高。经测试，本发明能解调出200m测试光纤上1με大小的微应变，且其空间分辨率可以由原来的10cm提高到5cm。10cm提高到5cm。10cm提高到5cm。


技术研发人员：丁振扬 刘铁根 刘琨 江俊峰 李胜
受保护的技术使用者：天津大学前沿技术研究院有限公司
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2021/11/4