本發(fā)明涉及光纖傳感，特別涉及一種基于光纖的振動(dòng)定位方法以及振動(dòng)定位裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著科技水平的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大。自上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的利用光纖傳感技術(shù)進(jìn)行的振動(dòng)安全檢測(cè)，逐步成為了保障基礎(chǔ)工程安全建設(shè)的重要技術(shù)。分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)是一種以光波為載體、以光纖為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界振動(dòng)事件的測(cè)量方式，因其具有高靈敏度、長(zhǎng)距離檢測(cè)、全區(qū)域覆蓋及便于進(jìn)行大型智能網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，目前已應(yīng)用于管道、安防、油氣及大型建筑健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

2、分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)的基本原理是，連續(xù)激光入射至光纖中，當(dāng)外界振動(dòng)作用于光纖時(shí)，光纖中折射率或長(zhǎng)度的微小變化會(huì)影響光的特性，通過(guò)解調(diào)這些變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)事件的位置與特征的實(shí)時(shí)感知。目前應(yīng)用最廣泛是的基于相位光時(shí)域反射技術(shù)（φ-otdr）的分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)，該技術(shù)主要依賴于后向瑞利散射光。但是，后向瑞利散射光相對(duì)入射光來(lái)說(shuō)很弱，且由于光纖介質(zhì)不均勻性，會(huì)引發(fā)后向散射光發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉衰落現(xiàn)象，導(dǎo)致后向散射光攜帶的振動(dòng)事件的信息淹沒在噪聲中；同時(shí)，隨著距離的增加，后向散射光在光纖中的信號(hào)呈現(xiàn)指數(shù)衰減。因此上述缺陷限制了后向散射光在長(zhǎng)距離檢測(cè)場(chǎng)景中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例提供了一種振動(dòng)定位方法以及振動(dòng)定位裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離檢測(cè)場(chǎng)景中振動(dòng)事件進(jìn)行探測(cè)。

2、作為本發(fā)明的第一方面，提供了一種振動(dòng)定位方法，包括：

3、響應(yīng)于振動(dòng)事件作用于光纖，獲取第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)，其中，第一相位信號(hào)是由第一探測(cè)激光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸前后的相位變化確定的，第二相位信號(hào)是由第二探測(cè)激光信號(hào)在經(jīng)光纖傳輸前后的相位變化確定的；第一探測(cè)激光信號(hào)和第二探測(cè)激光信號(hào)在光纖內(nèi)的傳輸方向相反；

4、按預(yù)設(shè)劃分規(guī)則，在時(shí)域上分別對(duì)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)進(jìn)行劃分，得到第一相位信號(hào)的n個(gè)第一信號(hào)片段和第二相位信號(hào)的n個(gè)第二信號(hào)片段；

5、確定第i個(gè)第一信號(hào)片段和第i個(gè)第二信號(hào)片段的第i片段時(shí)延差，1≤i≤n；

6、根據(jù)n個(gè)片段時(shí)延差確定第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)的時(shí)延差；

7、根據(jù)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)的時(shí)延差確定振動(dòng)事件作用于光纖上的位置。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，確定第i個(gè)第一信號(hào)片段和第i個(gè)第二信號(hào)片段的第i片段時(shí)延差，包括：

9、在i＞1的情況下，根據(jù)第i-1片段時(shí)延差更新第i個(gè)第二信號(hào)片段，得到更新后的第i個(gè)第二信號(hào)片段；

10、確定更新后的第i個(gè)第二信號(hào)片段和第i個(gè)第一信號(hào)片段之間的第i更新時(shí)延差；

11、根據(jù)第i更新時(shí)延差和第i-1片段時(shí)延差，得到第i片段時(shí)延差。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，確定更新后的第i個(gè)第二信號(hào)片段和第i個(gè)第一信號(hào)片段之間的第i更新時(shí)延差，包括：

13、確定更新后的第i個(gè)第二信號(hào)片段和第i個(gè)第一信號(hào)片段之間的第i互相關(guān)函數(shù)；

14、在第i互相關(guān)函數(shù)上截取預(yù)設(shè)范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，預(yù)設(shè)范圍包括第i互相關(guān)函數(shù)的峰值處的數(shù)據(jù)點(diǎn)；

15、對(duì)預(yù)設(shè)范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行二次函數(shù)擬合，得到第i擬合曲線；

16、根據(jù)第i擬合曲線得到第i更新時(shí)延差。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，按預(yù)設(shè)劃分規(guī)則，在時(shí)域上分別對(duì)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)進(jìn)行劃分，包括：

18、根據(jù)滑動(dòng)窗口和預(yù)設(shè)步長(zhǎng)分別對(duì)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)進(jìn)行劃分。

19、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)n個(gè)片段時(shí)延差得到第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)的時(shí)延差，包括：

20、對(duì)n個(gè)片段時(shí)延差求平均，得到第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)的時(shí)延差。

21、作為本發(fā)明的第二個(gè)方面，還提供了一種振動(dòng)定位裝置，包括：

22、激光器，適用于發(fā)出初始激光信號(hào)；

23、分束模塊，適用于將初始激光信號(hào)分成第一探測(cè)激光信號(hào)、第二探測(cè)激光信號(hào)、第一本振激光信號(hào)和第二本振激光信號(hào)；

24、光纖，適用于對(duì)振動(dòng)事件產(chǎn)生響應(yīng)以及接收第一探測(cè)激光信號(hào)和第二探測(cè)激光信號(hào)，其中，第一探測(cè)激光信號(hào)和第二探測(cè)激光信號(hào)在光纖中的傳播方向相反；

25、相位確定模塊，適用于根據(jù)第二本振激光信號(hào)和經(jīng)光纖傳輸后的第一探測(cè)激光信號(hào)得到第一相位信號(hào)，以及根據(jù)第一本振激光信號(hào)和經(jīng)光纖傳輸后的第二探測(cè)激光信號(hào)得到第二相位信號(hào)；

26、處理模塊，適用于基于上述振動(dòng)定位方法，根據(jù)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)得到振動(dòng)事件作用于所述光纖上的位置。

27、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相位確定模塊包括：

28、移頻單元，包括：

29、第一移頻組件，適用于對(duì)分束模塊輸出的第一探測(cè)激光信號(hào)進(jìn)行第一次移頻，并將第一次移頻后的第一探測(cè)激光信號(hào)傳輸至光纖第一端口；

30、第二移頻組件，對(duì)分束模塊輸出的第二探測(cè)激光信號(hào)進(jìn)行第一次移頻，并將第一次移頻后的第二探測(cè)激光信號(hào)傳輸至光纖的第二端口；

31、其中，第一移頻組件還適用于對(duì)自第二端口輸出的第二探測(cè)激光進(jìn)行第二次移頻，第二移頻組件還適用于對(duì)自第一端口輸出的第一探測(cè)激光進(jìn)行第二次移頻；

32、第一光電探測(cè)單元，適用于使第一本振激光信號(hào)和第二次移頻后的第二探測(cè)激光信號(hào)發(fā)生第一拍頻，并將第一拍頻后得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)；

33、第二光電探測(cè)單元，適用于使第二本振激光信號(hào)和第二次移頻后的第一探測(cè)激光信號(hào)發(fā)生第二拍頻，并將第二拍頻后得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)；

34、數(shù)據(jù)采集卡，適用于對(duì)第一電信號(hào)分別進(jìn)行正交解調(diào)處理、低通濾波處理、相位反正切處理及解纏繞處理，得到所述第二相位信號(hào)，以及對(duì)第二電信號(hào)分別進(jìn)行正交解調(diào)處理、低通濾波處理、相位反正切處理及解纏繞處理，得到第一相位信號(hào)。

35、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，分束模塊包括：

36、第一耦合器，適用于將初始激光信號(hào)分為第一子激光信號(hào)和第二子激光信號(hào)；

37、第二耦合器，適用于將第一子激光信號(hào)分成第一探測(cè)激光信號(hào)和第一本振激光信號(hào)；

38、第三耦合器，適用于將第二子激光信號(hào)分成第二探測(cè)激光信號(hào)和第二本振激光信號(hào)。

39、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相位確定模塊還包括：

40、驅(qū)動(dòng)組件，適用于將移頻單元與數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行時(shí)鐘同步。

41、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一移頻組件所施加的頻移量和第二移頻組件所施加的頻移量不同。

42、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)定位方法，采用了雙向傳輸?shù)那跋蛱綔y(cè)光，（即第一探測(cè)激光信號(hào)和第二探測(cè)激光信號(hào)）進(jìn)行振動(dòng)定位，利用了前向光的低衰減特性，因此適用于長(zhǎng)距離的振動(dòng)定位場(chǎng)景。

43、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)定位方法，分別對(duì)第一相位信號(hào)和第二相位信號(hào)分成n段處理，對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)片段（第i個(gè)第一信號(hào)片段與第i個(gè)第二信號(hào)片段）獨(dú)立計(jì)算片段時(shí)延差，基于n個(gè)片段時(shí)延差的統(tǒng)計(jì)分析確定最終信號(hào)時(shí)延差能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)事件的精確定位。