專利名稱：一種光纖分布式擾動(dòng)傳感器定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖分布式擾動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖分布式擾動(dòng)傳感器定位方法。
背景技術(shù)：
光纖分布式擾動(dòng)傳感器能夠?qū)鞲泄饫w上任意一點(diǎn)的擾動(dòng)進(jìn)行探測(cè)和定位，憑借其監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、可定位、無(wú)需外場(chǎng)供電等重要技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于周界安防、油氣管線預(yù)警、通信線路監(jiān)測(cè)以及大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。在光纖分布式擾動(dòng)傳感器的多種實(shí)現(xiàn)方案中，基于M-Z (Mach-Zehnder,馬赫-澤德)干涉儀方案以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、靈敏度高和敏感振動(dòng)頻譜寬以及無(wú)需相位解調(diào)等優(yōu)勢(shì)成為目前分布式光纖擾動(dòng)傳感器的主流技術(shù)方案。M-Z干涉儀光纖分布式擾動(dòng)傳感器通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)方向干涉儀輸出的時(shí)延實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的定位。由于光源和散射光波噪聲以及非互易性影響，因此基于時(shí)延差檢測(cè)的定位算法一直是研究熱點(diǎn)。M-Z光纖分布式擾動(dòng)傳感器的原理如

圖1所示:激光光源輸出的光波進(jìn)入光纖耦合器1，分為兩路光波 分別通過(guò)光纖耦合器2和3，并以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛲ㄟ^(guò)M-Z干涉儀，分別進(jìn)入光電探測(cè)器1和2。當(dāng)傳感光纖上發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，M-Z干涉儀中傳輸光波的相位會(huì)被調(diào)制Δφ，順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騇-Z干涉儀的輸出光強(qiáng)由光電探測(cè)器I和2分別接收，可
以表示為:
權(quán)利要求
1.一種光纖分布式擾動(dòng)傳感器定位方法，其特征在于，該方法包括: 將光纖分布式擾動(dòng)傳感器輸出的時(shí)延信號(hào)I1U)與I2 (t)拓展為以點(diǎn)的方式排布的利薩如Lissajous圖形； 以所述Lissajous圖形中的坐標(biāo)(x, y)為中心點(diǎn)，方位角為α ,擬合一半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為a，半短軸長(zhǎng)度值為b的橢圓形； 若該橢圓形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比值c超過(guò)閾值p，則利用半短軸的長(zhǎng)度值b進(jìn)行線性擬合計(jì)算時(shí)延t，并通過(guò)時(shí)延t與擾動(dòng)位置的關(guān)系函數(shù)實(shí)現(xiàn)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述光纖分布式擾動(dòng)傳感器輸出的時(shí)延信號(hào)拓展為L(zhǎng)issajous圖形的步驟包括: 將所述光纖分布式擾動(dòng)傳感器輸出的時(shí)延信號(hào)I1U)與I2(t)按預(yù)設(shè)的采樣頻率與采樣周期歸一化為頻率圖； 根據(jù)從頻率圖獲得I1U)與I2(t)的頻率比繪制以I1U)為橫坐標(biāo)以I2(t)為縱坐標(biāo)的Lissajous 圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，擬合所述橢圓形的步驟包括: 確定中心點(diǎn)為(X，y)，方位角為α，半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為a ； 將半短軸長(zhǎng)度的初始值設(shè)為0，以步長(zhǎng)△ b遞增，并判斷該橢圓形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比值c是否超過(guò)閾值P ;若超過(guò)，則終止遞增；否則，繼續(xù)以步長(zhǎng)Ab遞增直至該橢圓形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比值c超過(guò)閾值P。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述利用半短軸的長(zhǎng)度值b進(jìn)行線性擬合計(jì)算時(shí)延t的包括: 當(dāng)橢圓形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比值c超過(guò)閾值P時(shí)，通過(guò)線性擬合計(jì)算時(shí)延t: τ =kTs (b+b0)； 其中，Ts為采樣周期，K為線性擬合參數(shù)中的斜率，b0為線性擬合參數(shù)中的截距。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖分布式擾動(dòng)傳感器定位方法，該方法包括將光纖分布式擾動(dòng)傳感器輸出的時(shí)延信號(hào)I1(t)與I2(t)拓展為以點(diǎn)的方式排布的利薩如Lissajous圖形；以所述Lissajous圖形中的坐標(biāo)(x，y)為中心點(diǎn)，方位角為α，擬合一半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為a，半短軸長(zhǎng)度值為b的橢圓形；若該橢圓形中點(diǎn)的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比值c超過(guò)閾值p，則利用半短軸的長(zhǎng)度值b進(jìn)行線性擬合計(jì)算時(shí)延t，并通過(guò)時(shí)延t與擾動(dòng)位置的關(guān)系函數(shù)實(shí)現(xiàn)定位。通過(guò)采用本發(fā)明公開(kāi)的方法提高了定位精度，減少了計(jì)算量。
文檔編號(hào)G01D3/028GK103148872SQ20131006059
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者梁生, 盛新志, 婁淑琴, 陳京惠, 王思遠(yuǎn), 吳重慶, 王智, 王健, 劉嵐嵐, 李政勇, 張麗梅 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)