CN112798025A - 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr*** - Google Patents

提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr*** Download PDF

Info

Publication number
CN112798025A
CN112798025A CN202110296537.7A CN202110296537A CN112798025A CN 112798025 A CN112798025 A CN 112798025A CN 202110296537 A CN202110296537 A CN 202110296537A CN 112798025 A CN112798025 A CN 112798025A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
measurement
spatial resolution
range
event point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110296537.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112798025B (zh
Inventor
王辉文
刘晓平
张晓磊
温永强
张晓乔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Haoheng Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Haoheng Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Haoheng Technology Co ltd filed Critical Wuhan Haoheng Technology Co ltd
Priority to CN202110296537.7A priority Critical patent/CN112798025B/zh
Publication of CN112798025A publication Critical patent/CN112798025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112798025B publication Critical patent/CN112798025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高OFDR测量空间分辨率的方法，该方法通过两面夹逼法获取该事件点的精准位置，具体为：将光源扫频范围设置为最宽，获取待测光纤链路事件点的位置；改变OFDR***扫频范围，得到不同测量空间分辨率下该事件点的位置信息；对多次测量的位置信息进行归纳分析，由两面夹逼法获取该事件点的精准位置。相邻空间分辨率下测量结果的相互补充相当于细化了测量点间距，进而有效提高了测量空间分辨率。本发明无须提升***硬件性能，仅通过多次测量和归纳分析就能提高OFDR***的测量空间分辨率，简单易行。

Description

提高OFDR测量空间分辨率的方法及OFDR***
技术领域
本发明涉及光纤传感测量领域，尤其涉及一种提高OFDR测量空间分辨率的方法及OFDR***。
背景技术
光频域反射技术（OFDR）是一项基于光外差探测与频域分析的先进光纤传感技术，它是通过检测光纤中不同位置产生的瑞利散射信号实现链路沿线熔接点、弯曲、断点等事件定位，长度、分布式插回损及光谱测量。在故障定位、长度测量方面，发展成熟的光时域反射技术由于受探测光脉冲宽度及空间分辨率与动态范围之间矛盾的限制，空间分辨率仅能达到米级。而光频域反射技术有效突破了上述限制，同时具备空间分辨率高、动态范围大、测量灵敏度高等特点。
OFDR***采用线性扫频激光作为光源，光源的扫频速率、扫频线性度及扫频范围是影响***性能的关键参数。其中，***测量空间分辨率由光源所能实现的最大频率扫描范围决定。目前可用于光学相干检测领域的扫频光源所能达到的最大扫频范围约为100nm，这就意味着OFDR***可实现的最高空间分辨率约为10μm无法实现更微小距离内的检测。
发明内容
本发明针对现有OFDR***测量分辨率有限，无法实现微米级检测的问题，提供一种能有效提高OFDR测量空间分辨率的方法。
本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种提高OFDR测量空间分辨率的方法，该方法通过两面夹逼法获取该事件点的精准位置，具体为：
将OFDR***的光源扫频范围设置为最宽，获取待测光纤链路事件点的位置，此时事件点的测量位置为
Figure 454907DEST_PATH_IMAGE001
或者
Figure 637626DEST_PATH_IMAGE002
，则确定事件点的测量位置L的测量位置范围：
Figure 682943DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 343731DEST_PATH_IMAGE004
为扫频最宽时的测量空间分辨率；
计算空间分辨率为
Figure 158103DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 246145DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 778758DEST_PATH_IMAGE007
、...、
Figure 243237DEST_PATH_IMAGE008
时OFDR***的扫频范围，其中，
Figure 177695DEST_PATH_IMAGE009
，m、k为整数；
根据计算的扫频范围依次设置OFDR***的光源的扫频范围；
在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路中的信号并解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；
根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
接上述技术方案，
Figure 171059DEST_PATH_IMAGE010
。
接上述技术方案，测量空间分辨率为
Figure 190967DEST_PATH_IMAGE011
时，事件点的测量位置为
Figure 193558DEST_PATH_IMAGE011
或
Figure 982523DEST_PATH_IMAGE012
，则事件点位置L的范围为
Figure 412367DEST_PATH_IMAGE013
；
由相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的位置范围，直至空间分辨率为
Figure 919572DEST_PATH_IMAGE014
时，事件点的测量位置为0或
Figure 460275DEST_PATH_IMAGE014
，则L的范围为
Figure 369325DEST_PATH_IMAGE015
，最终测量位置
Figure 704491DEST_PATH_IMAGE016
，q为整数。
接上述技术方案，待测光纤链路中的信号为OFDR***采集待测光纤链路中瑞利散射光与参考光形成的拍频干涉信号，对该拍频干涉信号进行反FFT变换，并将频域信息对应到光纤上各位置的距离，获取事件点的测量位置。
接上述技术方案，具体根据公式
Figure 698992DEST_PATH_IMAGE017
计算光源扫频范围，其中，
Figure 43386DEST_PATH_IMAGE018
为测量空间分辨率，c为光速，n为光纤的折射率，
Figure 541363DEST_PATH_IMAGE019
为光源扫频范围。
本发明还提供一种OFDR***，包括：
线性扫频激光器，根据预设的扫频范围依次设置扫频范围；预设的扫描范围为根据空间分辨率
Figure 578589DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 794807DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 942892DEST_PATH_IMAGE022
、...、
Figure 295376DEST_PATH_IMAGE023
计算的扫频范围，其中，
Figure 503503DEST_PATH_IMAGE024
，m、k为整数，
Figure 207017DEST_PATH_IMAGE025
为扫频最宽时的测量空间分辨率；
光纤分束器，与线性扫频激光器连接；
主干涉仪，其输入端与光纤分束器的一个输出端连接，其输出端与待测光纤链路连接；
辅助干涉仪，其输入端与光纤分束器的另一个输出端连接；
第一光电探测器，与主干涉仪的另一个输出端连接；
第二光电探测器,与辅助干涉仪的输出端连接；
数据采集卡，与第一光电探测器和第二光电探测器连接，用于在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路中的信号；
处理器，与数据采集卡连接，对采集的信号进行解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
接上述技术方案，主干涉仪包括第一光纤耦合器、光纤环形器和第二光纤耦合器；第二光纤耦合器的输入端连接光纤分束器的一个输出端，第二光纤耦合器的输出端分别连接光纤环形器的第一端口及第二光纤耦合器；光纤环形器的第二端口与待测光纤链路连接，光纤环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的另一输入端。
接上述技术方案，辅助干涉仪包括第三光纤耦合器、延迟线圈和第四光纤耦合器，第三光纤耦合器的输入端连接光纤分束器的另一个输出端，第三光纤耦合器的输出端分别连接延迟线圈及第四光纤耦合器，延迟线圈的输出端连接第四光纤耦合器的另一输入端。
接上述技术方案，当
Figure 893213DEST_PATH_IMAGE026
，测量空间分辨率为
Figure 365783DEST_PATH_IMAGE027
时，事件点的测量位置为
Figure 744811DEST_PATH_IMAGE028
或
Figure 935621DEST_PATH_IMAGE012
，则事件点位置L的范围为
Figure 425508DEST_PATH_IMAGE029
；
处理器根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的位置范围，直至空间分辨率为
Figure 752585DEST_PATH_IMAGE030
时，事件点的测量位置为0或
Figure 36935DEST_PATH_IMAGE031
，则L的范围为
Figure 715041DEST_PATH_IMAGE032
，最终测量位置
Figure 8620DEST_PATH_IMAGE033
，q为整数。
本发明还提供一种处理器存储介质，其内存储有可被处理器执行的处理器程序，该处理器程序执行上述技术方案的提高OFDR测量空间分辨率的方法。
本发明产生的有益效果是：本发明中扫频范围根据空间分辨率与其之间的关系进行倒推，计算出相应空间分辨率下的扫描范围后，再在不同的扫频范围下，利用光频域反射***采集待测光纤链路中瑞利散射光与参考光形成的拍频干涉信号，获取不同空间分辨率下事件点的位置信息，并通过依次归纳分析相邻空间分辨率下的位置信息细化了测量点间距，进而有效提高了测量空间分辨率，实现了微米级检测。本发明无须提升***硬件性能，仅通过多次测量和归纳分析就能提高OFDR***的测量空间分辨率，简单易行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例光频域反射***示意图；
图2为本发明实施例提高OFDR测量空间分辨率的方法流程图。
图3为依次归纳分析相邻空间分辨率下的位置信息，获取该事件点精准位置的过程示意图。
图1中，1为线性扫频激光器，2为光纤分束器，3为第一光纤耦合器，4为光纤环形器，5为待测光纤链路，6为第二光纤耦合器，7为第三光纤耦合器，8延迟线圈，9为第四光纤耦合器，10为第一光电探测器，11为第二光电探测器，12为数据采集卡，13为处理器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中采用的光频域反射***（OFDR***）如图1所示，该OFDR系包括线性扫频激光器1、光纤分束器2、主干涉仪、辅助干涉仪、第一光电探测器10、第二光电探测器11、数据采集卡12以及处理器13。
其中，线性扫频激光器1，根据预设的扫频范围依次设置扫频范围；预设的扫描范围为根据空间分辨率
Figure 190202DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 645454DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 810856DEST_PATH_IMAGE022
、...、
Figure 642546DEST_PATH_IMAGE023
计算的扫频范围，其中，
Figure 944215DEST_PATH_IMAGE024
，m、k为整数，
Figure 570368DEST_PATH_IMAGE025
为扫频最宽时的测量空间分辨率；光纤分束器2，与线性扫频激光器1连接；主干涉仪，其输入端与光纤分束器2的一个输出端连接，其输出端与待测光纤链路连接；辅助干涉仪的输入端与光纤分束器的另一个输出端连接；第一光电探测器10与主干涉仪的另一个输出端连接；第二光电探测器11,与辅助干涉仪的输出端连接；数据采集卡12与第一光电探测器10和第二光电探测器11连接，用于在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路5中的信号；处理器13，与数据采集卡12连接，对采集的信号进行解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
本发明的一个实施例中，主干涉仪包括第一光纤耦合器3、光纤环形器4、第二光纤耦合器6。第一光纤耦合器3的输入端连接光纤分束器1的一个输出端，第一光纤耦合器3的输出端分别连接光纤环形器4的第1端口及第二光纤耦合器6。光纤环形器4的第2端口与待测光纤链路5连接，第3端口连接第二光纤耦合器6的另一输入端；辅助干涉仪包括第三光纤耦合器7、延迟线圈8、第四光纤耦合器9。第三光纤耦合器7的输入端连接光纤分束器1的另一个输出端，第三光纤耦合器7的输出端分别连接延迟线圈8及第四光纤耦合器9。延迟线圈8的输出端连接第四光纤耦合器9的另一输入端。
***工作时，线性扫频激光器1发出的扫频激光器经由光纤分束器2分为两束，90%的光进入主干涉仪，10%的光进入辅助干涉仪。进入主干涉仪的光被第一光纤耦合器3以50:50的比例分为信号光和参考光。参考光直接进入第二光纤耦合器6，信号光通过光纤环形器4的第1端口入射，经由第2端口出射进入待测光纤链路5。待测光纤链路5上各位置反射回来的瑞利散射信号经过光纤环形器的第3端口进入第二光纤耦合器6，并与参考光在此处发生拍频干涉，产生第一拍频信号。进入辅助干涉仪的光被第三光纤耦合器7同样以50:50的比例分为两束，其中一束作为参考光直接进入第四光纤耦合器9，另外一束经过延迟线圈8后进入第四光纤耦合器9并与参考光在此处发生拍频干涉，产生第二拍频信号。第一拍频信号被第一光电探测器10转化为电信号，第二拍频信号被第二光电探测器11转化为电信号并作为外部时钟触发数据采集卡12对第一拍频信号进行等频域间隔采样。处理器13对采集到的信号进行运算处理、解调并控制扫频激光器1工作。
如图2所示，本发明实施例提高OFDR测量空间分辨率的方法主要通过两面夹逼法获取该事件点的精准位置，具体为：
S1、将OFDR***的光源扫频范围设置为最宽，获取待测光纤链路事件点的位置，此时事件点的测量位置为
Figure 223066DEST_PATH_IMAGE034
或者
Figure 858447DEST_PATH_IMAGE035
，则确定事件点的测量位置L的测量位置范围：
Figure 749042DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 811676DEST_PATH_IMAGE037
为扫频最宽时的测量空间分辨率；
S2、计算空间分辨率为
Figure 686091DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 125163DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 401424DEST_PATH_IMAGE040
、...、
Figure 369380DEST_PATH_IMAGE041
时OFDR***的扫频范围，其中，
Figure 731091DEST_PATH_IMAGE042
，m、k为整数；
S3、根据计算的扫频范围依次设置OFDR***的光源的扫频范围；
S4、在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路中的信号并解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；
S5、根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
具体实现时，首先，将光源扫频范围设置为最宽，利用光频域反射***采集待测光纤链路中瑞利散射光与参考光形成的拍频干涉信号，并对该信号进行反FFT变换，将频域信息对应到光纤上各位置的距离，获取事件点的位置。
其次，改变OFDR***扫频范围，得到不同测量空间分辨率下该事件点的位置信息。以
Figure 708274DEST_PATH_IMAGE043
为例，具体为：
根据公式
Figure 839041DEST_PATH_IMAGE044
计算空间分辨率为
Figure 243478DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 826906DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 342201DEST_PATH_IMAGE047
、...、
Figure 593054DEST_PATH_IMAGE048
时OFDR***的扫频范围。其中，
Figure 902812DEST_PATH_IMAGE049
为测量空间分辨率，c为光速，n为光纤的折射率，
Figure 239116DEST_PATH_IMAGE050
为OFDR***光源扫频范围，
Figure 558101DEST_PATH_IMAGE051
为扫频范围最宽时***的测量空间分辨率，
Figure 663461DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 144121DEST_PATH_IMAGE053
为扫频范围最宽时，事件点的测量位置（m为整数）。
依次设置光源的扫频范围，利用OFDR***采集光纤中的拍频干涉信号，解调得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置。
最后，对多次测量的位置信息进行归纳分析，即由两面夹逼法获取该事件点的精准位置。具体为：
测量空间分辨率为
Figure 702141DEST_PATH_IMAGE054
时，事件点的测量位置为
Figure 824818DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 784683DEST_PATH_IMAGE056
；测量空间分辨率为
Figure 436245DEST_PATH_IMAGE057
时，事件点的测量位置为
Figure 747140DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 407929DEST_PATH_IMAGE059
，则可以得出事件点精准位置L的范围为
Figure 222301DEST_PATH_IMAGE060
。
按上述方式，由相邻两空间分辨率的测量结果，不断缩小事件点的位置范围，直至空间分辨率为
Figure 575922DEST_PATH_IMAGE062
时，事件点的测量位置L为0、
Figure 842955DEST_PATH_IMAGE062
，则L的范围为
Figure 307435DEST_PATH_IMAGE064
，即
Figure 976313DEST_PATH_IMAGE066
，其中q小于
Figure 500836DEST_PATH_IMAGE054
。
如图3所示，光源扫频范围设置为最宽时OFDR***的测量空间分辨率为
Figure 255165DEST_PATH_IMAGE067
，此时测量得到的事件点位置为
Figure 257756DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 46720DEST_PATH_IMAGE068
。
根据公式
Figure 742144DEST_PATH_IMAGE069
计算空间分辨率分别为
Figure 718190DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 524472DEST_PATH_IMAGE071
、...、
Figure 433522DEST_PATH_IMAGE068
时OFDR***的扫频范围。依次设置光源的扫频范围，利用OFDR***采集光纤中的拍频干涉信号，解调得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置。
其中，测量空间分辨率为
Figure 34268DEST_PATH_IMAGE072
时，事件点的测量位置为
Figure 28769DEST_PATH_IMAGE073
、
Figure 373163DEST_PATH_IMAGE074
，则事件点的位置L的范围可以表示为
Figure 871140DEST_PATH_IMAGE075
；测量空间分辨率为
Figure 642787DEST_PATH_IMAGE076
时，事件点的测量位置为0、
Figure 124584DEST_PATH_IMAGE076
,则事件点的位置L的范围可以缩小为
Figure 272668DEST_PATH_IMAGE077
，则
Figure 625152DEST_PATH_IMAGE078
。通过上述方法将原有的空间分辨率
Figure 833280DEST_PATH_IMAGE079
进行了等分细化，有效提高了OFDR***的测量空间分辨率。
本发明的另一实施例中，若OFDR***扫频最宽时的测量空间分辨率为10μm，则当事件点位置在10μm-20μm之间，如15μm，测量空间分辨率为10μm时，10μm＜L≤20μm；若
Figure 536794DEST_PATH_IMAGE043
，预先计算空间分辨率为11μm、12μm、13μm、14μm、15μm对应的扫频范围。当调整线性扫频激光器1为对应空间分辨率11μm时的扫频范围时，11μm＜L≤22μm，又10μm＜L≤20μm，则11μm＜L≤20μm；当调整线性扫频激光器1为对应空间分辨率12μm时的扫频范围时，12μm＜L≤24μm，又10μm＜L≤20μm，则12μm＜L≤20μm；当调整线性扫频激光器1为对应空间分辨率13μm时的扫频范围时，13μm＜L≤26μm，又10μm＜L≤20μm，则13μm＜L≤20μm；当调整线性扫频激光器1为对应空间分辨率14μm时的扫频范围时，14μm＜L≤28μm，又10μm＜L≤20μm，则14μm＜L≤20μm；当调整线性扫频激光器1为对应空间分辨率15μm时的扫频范围时，0＜L≤15μm，又10μm＜L≤20μm，则14μm＜L≤15μm，则L=15μm。
本发明还提供了一种处理器存储介质，其内存储有可被处理器执行的处理器程序，该处理器程序执行上述实施例的提高OFDR测量空间分辨率的方法。
综上，本发明中扫频范围根据空间分辨率与其之间的关系进行倒推，计算出相应空间分辨率下的扫描范围后，再在不同的扫频范围下，利用光频域反射***采集待测光纤链路中瑞利散射光与参考光形成的拍频干涉信号，获取不同空间分辨率下事件点的位置信息。并通过依次归纳分析相邻空间分辨率下的位置信息，相邻空间分辨率下测量结果的相互补充相当于细化了测量点间距，进而有效提高了测量空间分辨率。本发明无须提升***硬件性能，仅通过多次测量和归纳分析就能提高OFDR***的测量空间分辨率，简单易行。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高OFDR测量空间分辨率的方法，其特征在于，该方法通过两面夹逼法获取该事件点的精准位置，具体为：
将OFDR***的光源扫频范围设置为最宽，获取待测光纤链路事件点的位置，此时事件点的测量位置为
Figure 478407DEST_PATH_IMAGE001
或者
Figure 685397DEST_PATH_IMAGE002
，则确定事件点的测量位置L的测量位置范围：
Figure 330005DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 255236DEST_PATH_IMAGE004
为扫频最宽时的测量空间分辨率；
计算空间分辨率为
Figure 213964DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 337778DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 622129DEST_PATH_IMAGE007
、...、
Figure 769077DEST_PATH_IMAGE008
时OFDR***的扫频范围，其中，
Figure 328234DEST_PATH_IMAGE009
，m、k为整数；
根据计算的扫频范围依次设置OFDR***的光源的扫频范围；
在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路中的信号并解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；
根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
2.根据权利要求1所述的提高OFDR测量空间分辨率的方法，其特征在于，
Figure 244237DEST_PATH_IMAGE010
。
3.根据权利要求2所述的提高OFDR测量空间分辨率的方法，其特征在于，测量空间分辨率为
Figure 496227DEST_PATH_IMAGE011
时，事件点的测量位置为
Figure 396050DEST_PATH_IMAGE011
或
Figure 696581DEST_PATH_IMAGE012
，则事件点位置L的范围为
Figure 529408DEST_PATH_IMAGE013
；
由相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的位置范围，直至空间分辨率为
Figure 155562DEST_PATH_IMAGE014
时，事件点的测量位置为0或
Figure 277101DEST_PATH_IMAGE014
，则L的范围为
Figure 178061DEST_PATH_IMAGE015
，最终测量位置
Figure 334236DEST_PATH_IMAGE016
，q为整数。
4.根据权利要求1所述的提高OFDR测量空间分辨率的方法，其特征在于，待测光纤链路中的信号为OFDR***采集待测光纤链路中瑞利散射光与参考光形成的拍频干涉信号，对该拍频干涉信号进行反FFT变换，并将频域信息对应到光纤上各位置的距离，获取事件点的测量位置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的提高OFDR测量空间分辨率的方法，其特征在于，具体根据公式
Figure 865712DEST_PATH_IMAGE017
计算光源扫频范围，其中，
Figure 271285DEST_PATH_IMAGE018
为测量空间分辨率，c为光速，n为光纤的折射率，
Figure 179198DEST_PATH_IMAGE019
为光源扫频范围。
6.一种OFDR***，其特征在于，包括：
线性扫频激光器，根据预设的扫频范围依次设置扫频范围；预设的扫描范围为根据空间分辨率
Figure 189880DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 954573DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 785126DEST_PATH_IMAGE022
、...、
Figure 231151DEST_PATH_IMAGE023
计算的扫频范围，其中，
Figure 158656DEST_PATH_IMAGE024
，m、k为整数，
Figure 31934DEST_PATH_IMAGE025
为扫频最宽时的测量空间分辨率；
光纤分束器，与线性扫频激光器连接；
主干涉仪，其输入端与光纤分束器的一个输出端连接，其输出端与待测光纤链路连接；
辅助干涉仪，其输入端与光纤分束器的另一个输出端连接；
第一光电探测器，与主干涉仪的另一个输出端连接；
第二光电探测器,与辅助干涉仪的输出端连接；
数据采集卡，与第一光电探测器和第二光电探测器连接，用于在不同的扫频范围下，采集待测光纤链路中的信号；
处理器，与数据采集卡连接，对采集的信号进行解调，得到不同测量空间分辨率下事件点的测量位置，并确定相应的测量位置范围；根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的测量位置范围，直至推导出事件点的最终测量位置。
7.根据权利要求6所述的OFDR***，其特征在于，主干涉仪包括第一光纤耦合器、光纤环形器和第二光纤耦合器；第二光纤耦合器的输入端连接光纤分束器的一个输出端，第二光纤耦合器的输出端分别连接光纤环形器的第一端口及第二光纤耦合器；光纤环形器的第二端口与待测光纤链路连接，光纤环形器的第三端口连接第二光纤耦合器的另一输入端。
8.根据权利要求6或7所述的OFDR***，其特征在于，辅助干涉仪包括第三光纤耦合器、延迟线圈和第四光纤耦合器，第三光纤耦合器的输入端连接光纤分束器的另一个输出端，第三光纤耦合器的输出端分别连接延迟线圈及第四光纤耦合器，延迟线圈的输出端连接第四光纤耦合器的另一输入端。
9.根据权利要求6所述的OFDR***，其特征在于，当
Figure 412099DEST_PATH_IMAGE026
，测量空间分辨率为
Figure 396236DEST_PATH_IMAGE027
时，事件点的测量位置为
Figure 381509DEST_PATH_IMAGE028
或
Figure 488006DEST_PATH_IMAGE012
，则事件点位置L的范围为
Figure 293151DEST_PATH_IMAGE029
；
处理器根据相邻两空间分辨率对应的测量位置范围，不断缩小事件点的位置范围，直至空间分辨率为
Figure 346557DEST_PATH_IMAGE030
时，事件点的测量位置为0或
Figure 983075DEST_PATH_IMAGE031
，则L的范围为
Figure 198156DEST_PATH_IMAGE032
，最终测量位置
Figure 287335DEST_PATH_IMAGE033
，q为整数。
10.一种处理器存储介质，其特征在于，其内存储有可被处理器执行的处理器程序，该处理器程序执行如权利要求1-5中任一项所述的提高OFDR测量空间分辨率的方法。
CN202110296537.7A 2021-03-19 2021-03-19 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr*** Active CN112798025B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110296537.7A CN112798025B (zh) 2021-03-19 2021-03-19 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110296537.7A CN112798025B (zh) 2021-03-19 2021-03-19 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112798025A true CN112798025A (zh) 2021-05-14
CN112798025B CN112798025B (zh) 2021-08-10

Family

ID=75817197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110296537.7A Active CN112798025B (zh) 2021-03-19 2021-03-19 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112798025B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113503901A (zh) * 2021-09-08 2021-10-15 武汉昊衡科技有限公司 消除白光干涉仪测量信号抖动的装置及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012103557A2 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Spectral phase analysis for precision ranging
CN106644398A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 中国科学院深圳先进技术研究院 一种海底光缆故障点定位方法
CN106895790A (zh) * 2017-03-28 2017-06-27 天津大学 一种光频域反射中提升分布式光纤传感分辨率方法
CN107167168A (zh) * 2017-05-24 2017-09-15 上海大学 相位敏感光时域反射分布式光纤传感***精确定位方法
CN107356275A (zh) * 2017-06-12 2017-11-17 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种光频域反射光纤分布式传感中提高光谱分辨率的方法
CN110545140A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 成都雄博科技发展有限公司 光缆故障点逼近定位方法
CN111289142A (zh) * 2020-03-18 2020-06-16 太原理工大学 一种分布式光纤拉曼测温***信号自适应干扰抵消方法
CN111442789A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 南京晓庄学院 一种基于模式复用提高传感***空间分辨率与测量精度的方法
WO2020166331A1 (ja) * 2019-02-12 2020-08-20 日本電信電話株式会社 光周波数反射計測装置およびその計測方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012103557A2 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Spectral phase analysis for precision ranging
CN106644398A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 中国科学院深圳先进技术研究院 一种海底光缆故障点定位方法
CN106895790A (zh) * 2017-03-28 2017-06-27 天津大学 一种光频域反射中提升分布式光纤传感分辨率方法
CN107167168A (zh) * 2017-05-24 2017-09-15 上海大学 相位敏感光时域反射分布式光纤传感***精确定位方法
CN107356275A (zh) * 2017-06-12 2017-11-17 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种光频域反射光纤分布式传感中提高光谱分辨率的方法
WO2020166331A1 (ja) * 2019-02-12 2020-08-20 日本電信電話株式会社 光周波数反射計測装置およびその計測方法
CN110545140A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 成都雄博科技发展有限公司 光缆故障点逼近定位方法
CN111289142A (zh) * 2020-03-18 2020-06-16 太原理工大学 一种分布式光纤拉曼测温***信号自适应干扰抵消方法
CN111442789A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 南京晓庄学院 一种基于模式复用提高传感***空间分辨率与测量精度的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHAO, SHIYUAN 等: "Accuracy improvement in OFDR-based distributed sensing system by image processing", 《OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING》 *
庄守望: "基于OFDR的高空间分辨率分布式光纤传感器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
张超 等: "基于光频域反射计的光纤分布式传感中光谱分辨率提升技术", 《光学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113503901A (zh) * 2021-09-08 2021-10-15 武汉昊衡科技有限公司 消除白光干涉仪测量信号抖动的装置及方法
CN113503901B (zh) * 2021-09-08 2022-05-10 武汉昊衡科技有限公司 消除白光干涉仪测量信号抖动的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112798025B (zh) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018035833A1 (zh) 分布式光纤传感***及其振动检测定位方法
CN102420650B (zh) 一种抑制光频域反射仪的激光器非线性扫描装置和方法
CN112923960B (zh) 用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置
CN110068828A (zh) 基于激光调频连续波远距离测距的装置及色散补偿方法
CN107328429A (zh) 光频域反射技术中可提高近距离传感稳定性的装置及方法
CN107505041A (zh) 一种基于相位敏感光时域反射计的相位解调装置和方法
CN103308151B (zh) 一种外差式激光测振装置及方法
Ghafoori-Shiraz et al. Fault location in optical fibers using optical frequency domain reflectometry
CN110518969B (zh) 一种光缆振动的定位装置及方法
CN103175837A (zh) 一种检测基质内缺陷的方法及装置
CN112798025B (zh) 提高ofdr测量空间分辨率的方法及ofdr***
CN112505719A (zh) 多普勒频率校正二次补偿的激光测风雷达测风方法及***
CN108828618A (zh) 基于等光频间隔重采样的远距离高精度测量装置及方法
CN101520509B (zh) 混沌光时域波形帧间比较测距方法
CN101660998A (zh) 利用小波变换测量群延迟的方法
CN110243472A (zh) 基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪
CN111624614B (zh) 一种通过激光相干探测进行测距的方法及***
CN110635841B (zh) 一种提高混沌光时域反射仪回波信号的方法及装置
CN109444895B (zh) 分布式振动传感器消除干涉衰落的振动信息定位方法
CN111595246B (zh) 波分复用器通道长度测量装置及方法
CN106705863B (zh) 一种提高光频域反射仪的最大测试距离的方法
CN115452015A (zh) 一种双标度参考干涉的相噪精确校正光频域反射计
CN115711633A (zh) 一种环路结构参考干涉仪的相位噪声精确校正光频域反射计
CN105716521B (zh) 增大频域低相干光干涉测量范围的装置及其方法
CN108801436A (zh) 基于速度预估相位解调的高速激光测振仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Xiaoqiao

Inventor after: Wang Huiwen

Inventor after: Liu Xiaoping

Inventor after: Zhang Xiaolei

Inventor after: Wen Yongqiang

Inventor before: Wang Huiwen

Inventor before: Liu Xiaoping

Inventor before: Zhang Xiaolei

Inventor before: Wen Yongqiang

Inventor before: Zhang Xiaoqiao