基于光纤移频延时环的 Φ-OTDR 信号衰落抑制方法
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TH741 TN247

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国家自然科学基金(62175175)、山西省基础研究计划(202103021222010)、山西省基础研究计划(20210302124599)、山西省专利转化专项计划项目(202202050)、山西省重点研发计划项目(202102130501021)、山西省科技创新人才团队专项(201805D131003)资助


Fading suppression method of Φ-OTDR signal based on optical fiber frequency-shifted delay loop
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    摘要:

    多频探测是相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)光纤传感系统中干涉衰落抑制的重要手段,但存在多频率生成造成结构 复杂的问题。 提出了一种基于光纤移频延时环的多频脉冲产生方法,设计了包含移频、放大、延时、滤波、隔离等环节的光纤环 结构,使用简单结构实现了多频探测脉冲的产生与复用。 并分别采用脉冲延时补偿算法与旋转矢量求和算法对瑞利后向散射 拍频信号实现了数据对齐与数据聚合。 实验结果表明,传感系统通过生成包含 6 个频率分量的多频探测脉冲,可在 10. 33 km 的传感光纤上将衰落概率由 26. 43% 优化至 0. 93% ,并实现了信噪比为 5. 29 dB 的振动信号准确定位,以及相关系数为 0. 997 的振动信号线性解调,从而为 Φ-OTDR 系统在复杂环境下的振动信号抗衰落解调提供了新的解决方案。

    Abstract:

    The multi-frequency detection is an important way of interference fading suppression in the optical fiber sensing system of Φ-OTDR. But, there is the problem of complex structure caused by multi-frequency generation. A multi-frequency pulse generation method based on the optical fiber frequency-shifted delay loop is proposed in this article. Optical fiber loop structure is designed with frequency shift, amplification, delay, filtering, isolation and other functions. The generation and multiplexing of multi-frequency detection pulses are realized by using this simple structure. The data alignment and data aggregation of Rayleigh backward scattering beat signal are realized by using the pulse delay compensation algorithm and rotated-vector-sum algorithm, respectively. The experimental results show that the sensing system can optimize the fading probability from 26. 43% to 0. 93% with the 10. 33 km sensing fiber by the generation of multi-frequency detection pulses containing six frequency components, and achieve the accurate location of the vibration signal with a signal-to-noise ratio of 5. 29 dB and the linear demodulation of the vibration signal with a correlation coefficient of 0. 997. It provides a new solution of anti-fading demodulation of vibration signal for Φ-OTDR in complex environment.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王 宇,王俊虹,梁 斌,刘 昕,靳宝全.基于光纤移频延时环的 Φ-OTDR 信号衰落抑制方法[J].仪器仪表学报,2022,43(11):23-30

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  • 在线发布日期: 2023-06-30
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