9. 9GHz時(shí)，沿光纖長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)的光 強(qiáng)，然后在計(jì)算機(jī)18中對(duì)解碼得到的響應(yīng)進(jìn)行小波變換處理，便完成一次掃頻測(cè)量。接著 按頻率綜合器14設(shè)置的頻率步進(jìn)值依次按照上述編碼和小波變換處理的過(guò)程完成200MHz 范圍內(nèi)的掃頻測(cè)量，最后得到傳感光纖19長(zhǎng)度上各點(diǎn)的光強(qiáng)隨頻率值的變化曲線，通過(guò)洛 倫茲擬合可以得到布里淵增益達(dá)到最大值時(shí)的頻率，最大頻率值就是光纖受激布里淵頻移 量，由于應(yīng)變和頻移量呈線性關(guān)系，進(jìn)而確定應(yīng)變的大小，同時(shí)，計(jì)算機(jī)18通過(guò)脈沖信號(hào)發(fā) 生器15發(fā)出脈沖的時(shí)間和增益譜峰值出現(xiàn)的時(shí)間差可以判斷應(yīng)變發(fā)生的位置，便可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)應(yīng)變的定位。
[0046] 在傳感光纖19的470m處加應(yīng)變，單獨(dú)采用3、7、15、31、63、127、255階S編碼時(shí)， 解碼后得到響應(yīng)曲線如圖4 (b) - 4 (h)所示，分別對(duì)應(yīng)3、7、15、31、63、127、255階編碼時(shí)的 響應(yīng)，圖4(a)為不采用編碼時(shí)的解碼的響應(yīng)曲線，從圖4(a)-4(h)中可以看出，編碼的階 次為255階時(shí)，解碼后能分辨出在470米處的應(yīng)變，此時(shí)的處理時(shí)間為4439. 7244s。
[0047] 圖5為3、7、15、31階S編碼和小波變換結(jié)合處理解碼之后的響應(yīng)，圖5 (a)-圖5 (d) 分別為3、7、15、31階S編碼和小波變換時(shí)的響應(yīng)，從圖5中可以看出，當(dāng)編碼階數(shù)增加至31 階解碼后結(jié)合小波變換能分辨出在470m處的應(yīng)變，此時(shí)，31階編碼結(jié)合小波分析共計(jì)處理 時(shí)間為45. 1673s。采用S編碼和小波變換相結(jié)合可以明顯縮短信號(hào)處理時(shí)間，增加系統(tǒng)的 快速性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種快速布里淵光時(shí)域分析型應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：由激光器（I)、第一光耦 合器（2)、第一調(diào)制器（3)、第一微波信號(hào)源（20)、第一光濾波器（4)、第二調(diào)制器（5)、第二 微波信號(hào)源（21)、直流電源（22)、光放大器（6)、第二光耦合器（7)、光隔離器（8)、第二調(diào)制 器（9)、頻率綜合器（14)、第二光濾波器（10)、第四調(diào)制器（11)、脈沖信號(hào)發(fā)生器（15)、擾偏 器（12)、光環(huán)形器（13)、傳感光纖（19)、光電探測(cè)器（16)、數(shù)據(jù)采集卡（17)和計(jì)算機(jī)（18) 組成； 激光器（1)輸出頻率為f。的光信號(hào)經(jīng)第一光親合器（2) -分為三，分別記為第一支路 (101)、第二支路（201)和第三支路（301)，其中，第一支路（101)的光信號(hào)作為光載波被送 到第一調(diào)制器（3)中，然后被第一微波信號(hào)源（20)輸出的頻率為2&的微波信號(hào)調(diào)制，由 于是小幅度微波信號(hào)調(diào)制，僅考慮載波和一階邊帶，第一調(diào)制器（3)輸出的信號(hào)輸入到第 一光濾波器（4)中，濾掉載波和一階上邊帶，僅剩頻率為f>2f B的一階下邊帶信號(hào)，將第一 光濾波器⑷輸出的頻率為卜2&信號(hào)再送入第二調(diào)制器（5)中，被第二微波信號(hào)源（21) 輸出的頻率為4的信號(hào)調(diào)制，調(diào)整直流電源（22)輸出的直流電壓改變第二調(diào)制器（5)的直 流偏置電壓，使其工作在載波抑制的雙邊帶輸出狀態(tài)，其輸出頻率為f>2f B+f；和f 的兩個(gè)信號(hào)，第二調(diào)制器（5)輸出信號(hào)的強(qiáng)度可以通過(guò)光放大器（6)放大； 第二支路（201)中頻率為f。的光信號(hào)與第一支路（101)中經(jīng)光放大器（6)放大的光信 號(hào)經(jīng)第二光耦合器（7)后再經(jīng)光隔離器（8)送入到傳感光纖（19)中，作為傳感光纖（19)中 受激布里淵散射效應(yīng)的栗浦信號(hào)，三個(gè)栗浦信號(hào)的頻率分別為和f栗 浦信號(hào)f。產(chǎn)生的增益譜的中心頻率為f>f B，栗浦信號(hào)f；-2fB+fV和產(chǎn)生損耗譜的 中心頻率為和f改變光放大器（6)的放大倍數(shù)可以改變栗浦信號(hào)f>2f B+f； 和強(qiáng)度，從而改變損耗譜f e-fB+fV和f 的強(qiáng)度，中心頻率為f。-&的增益譜 和中心頻率為和f損耗譜相互作用，實(shí)現(xiàn)受激布里淵增益譜線寬的窄化處 理，從而提高測(cè)量精度； 第三支路（301)中的光信號(hào)輸入到第三調(diào)制器（9)中，被頻率綜合器（14)輸出的頻 率為fT的小幅信號(hào)調(diào)制，第二光濾波器（10)濾掉調(diào)制信號(hào)中的載波和一階上邊帶信號(hào)， 只保留頻率為f；-f T的一階下邊帶信號(hào)，頻率為f^-fT的信號(hào)輸入到第四調(diào)制器（11)中， 被脈沖信號(hào)發(fā)生器（15)輸出的脈沖信號(hào)調(diào)制，第四調(diào)制器（11)輸出的信號(hào)輸入到擾偏器 (12)中，擾偏器（12)是為了將光的偏振態(tài)隨機(jī)化，以消除偏振態(tài)對(duì)受激布里淵散射效應(yīng)的 影響，經(jīng)擾偏器（12)處理的光信號(hào)作為傳感光纖（19)中受激布里淵散射效應(yīng)的脈沖光從 光環(huán)形器（13)的I端口輸入，II端口輸出后進(jìn)入到傳感光纖（19)中；從光隔離器（8)輸 出的窄化處理的三個(gè)栗浦信號(hào)和從環(huán)形器的II端口輸出的脈沖光在傳感光纖（19)中相互 作用，當(dāng)兩路光的頻率差之間滿足受激布里淵散射條件時(shí)會(huì)發(fā)生受激布里淵散射現(xiàn)象，攜 帶受激布里淵散射信息的栗浦光信號(hào)經(jīng)光環(huán)行器的端口 II輸入，從光環(huán)形器（13)的端口 III輸出后被光電探測(cè)器（16)探測(cè)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡（17)將采集到的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī) (18)處理，計(jì)算機(jī)（18)還需要控制頻率綜合器（14)輸出的頻率值和脈沖信號(hào)發(fā)生器（15) 輸出脈沖的起始時(shí)刻，最后通過(guò)光譜擬合可以得到受激布里淵增益譜峰值頻率，進(jìn)而確定 應(yīng)變的大小，通過(guò)脈沖發(fā)出的時(shí)間和增益譜峰值出現(xiàn)的時(shí)間差可以判斷應(yīng)變發(fā)生的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的一種快速布里淵光時(shí)域分析型應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：第 一調(diào)制器（3)、第二調(diào)制器（5)、第三調(diào)制器（9)和第四調(diào)制器（11)均為強(qiáng)度調(diào)制器。3. 如權(quán)利要求1所述的一種快速布里淵光時(shí)域分析型應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：第 一支路（101)、第二支路（201)和第三支路（301)的分光比為3 :3 :4。4. 一種快速布里淵光時(shí)域分析型應(yīng)變測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：通過(guò)采 用S-codes編碼和小波變換技術(shù)相結(jié)合來(lái)提高該裝置的性噪比，進(jìn)而提高測(cè)量精度并且縮 短系統(tǒng)的測(cè)量時(shí)間。5. 如權(quán)利要求4所述的一種快速布里淵光時(shí)域分析型應(yīng)變測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)處理方法， 其特征在于：采用S-codes編碼技術(shù)是通過(guò)對(duì)S矩陣進(jìn)行哈達(dá)碼變換，然后通過(guò)疊加來(lái)減小 噪聲，提高信噪比，S矩陣是一個(gè)單極性矩陣，由1和0組成，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)腟矩陣的階數(shù)， 在數(shù)據(jù)處理端解碼采集到的數(shù)據(jù)之后再利用小波變換技術(shù)進(jìn)行去噪處理，提高系統(tǒng)的性噪 比進(jìn)而提高測(cè)量精度并且縮短系統(tǒng)的測(cè)量時(shí)間。
【專(zhuān)利摘要】一種基于受激布里淵增益譜線寬窄化處理、脈沖編碼和小波變換技術(shù)相結(jié)合的高性能快速BOTDA(布里淵光時(shí)域分析型)應(yīng)變測(cè)量裝置及數(shù)據(jù)處理方法，屬于分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。由激光器1、第一光耦合器2、第一調(diào)制器3、第一微波信號(hào)源20、第一光濾波器4、第二調(diào)制器5、第二微波信號(hào)源21，直流電源22、光放大器6、第二光耦合器7、光隔離器8、第二調(diào)制器9、頻率綜合器14、第二光濾波器10、第四調(diào)制器11、脈沖信號(hào)發(fā)生器15、擾偏器12、光環(huán)形器13、傳感光纖19、光電探測(cè)器16、數(shù)據(jù)采集卡17和計(jì)算機(jī)18組成，本發(fā)明通過(guò)采用三個(gè)泵浦信號(hào)實(shí)現(xiàn)光纖受激布里淵散射增益譜線寬窄化處理，提高BOTDA應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的精度；采用脈沖編碼和小波變換技術(shù)相結(jié)合提高信噪比，進(jìn)而提高測(cè)量精度、縮短測(cè)量時(shí)間。
【IPC分類(lèi)】G01B11/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105241390
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510686227
【發(fā)明人】董瑋, 李嘉琪, 張有迪, 張歆東, 阮圣平
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月21日