基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法，涉及光纤传感技术领域。该方法的步骤包括：确定次数；计算坐标；采集数据；数据拟合；调整区间；重复计算；求取最值。本发明专利技术在拉曼光时域反射仪中，利用斯托克斯光在自发拉曼散射与受激拉曼散射两种不同状态时的功率值随光纤采样位置的不同变化趋势并结合数据拟合的方法确定最佳光脉冲功率对应的驱动电流，为了加快搜索最佳光脉冲功率的速度引进了基于斐波那契数的一维搜索方法；在经历确定次数、计算坐标、采集数据、数据拟合、调整区间、重复计算和求取最值等步骤后快速求得最佳光脉冲功率对应的驱动电流，也即求得最佳光脉冲功率。即求得最佳光脉冲功率。即求得最佳光脉冲功率。

【技术实现步骤摘要】
基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法。

技术介绍

[0002]随着我们经济的快速发展，基础设施建设的能力也越来越强。与之相应的是，我国的长距离、大范围的基础结构设施也越来越多。这些大型基础设施大多处于野外，有些还会处于地下相对封闭的环境。由于风吹日晒或者长期封闭潮湿等原因，这些设施或风化、或局部损坏。因此，需要对这些大型基础设施进行监测。传统的监测方法往往都是点式传感器，如果用传统的传感器监测这些大型基础设施将需要海量的传感器探头。这样的监测方法既不方便也不经济。分布式光纤传感器作为一种可长距离连续测量的分布式传感器，可用于监测这些大型基础设施。
[0003]温度是一个非常重要的物理参量。在分布式光纤传感技术中，可以通过测量背向拉曼散射功率进而解调出温度信息。这种基于光纤中背向拉曼散射进行分布温度测量的装置一般叫做拉曼光时域反射仪，英文简称为ROTDR。对于拉曼光时域反射仪的应用，将光纤沿着电缆线布设，就可以通过光纤测温的方法预防和警示火灾的发生；将光纤沿着管道进行布设，就可以通过光纤测温再进而使用温度梯度的信息监测泄漏点；将光纤沿着变压器内部铜带布设，就可以监测变压器的油温信息。如此种种，要么直接通过温度信息进行事件的预报，要么先将温度转换器成其他物理量在借助于该物理量进行事件的处理。但是，不管怎么说，都必须要测量出温度信息。
[0004]正由于拉曼光时域反射仪的温度信息是通过拉曼散射的光功率进行解调的，其光功率与噪声的比值即通常所说的信噪比越高，温度信息解调的越准确。显然，光功率越高，信噪比的值越大。因此，在拉曼光时域反射仪中要尽可能地提高斯托克斯光和反斯托克斯光的功率值。如此，就要在给定光脉冲宽度的前提条件下提高光脉冲的发射功率。但是，当光脉冲的发射功率升高时，就会产生受激布里渊散射和受激拉曼散射。一方面，受激布里渊散射和受激拉曼散射这样的非线性效应的产生会导致光脉冲沿着光纤传播的脉冲功率快速衰减，这将导致传感距离的降低。另一方面，拉曼光时域反射仪的温度传感理论基本都是围绕着自发拉曼散射产生的斯托克斯和反斯托克斯光论述的，受激拉曼散射的温度解调原理尚不明晰，这会导致当有非线性效应产生时，以自发拉曼散射的基本理论解调出来的温度信息会不准确。因此，在拉曼光时域反射仪中，脉冲光功率最好是在给定脉冲宽度下刚好不产生受激拉曼散射和受激布里渊散射这样的非线性效应的最大功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：
[0006]为了快速并准确地查找产生自发拉曼散射的光脉冲功率，本专利技术提出了一种基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法：其实现步骤依序为：
[0007]步骤一、确定次数：根据激光器驱动电流的上限Imax和驱动电流的下限Imin确定最佳光脉冲功率搜索的次数，其中，Imax、Imin均为整数，且确定次数的方法依序为：
[0008]给定搜索的精度accuracy,
[0009]计算斐波那契数个数的上限Fmax＝(Imax
‑
Imin)/accuracy，
[0010]对Fmax按四舍五入法进行取整运算，得到F[max]，
[0011]计算斐波那契数的数值不大于Fmax的个数Fm，并求得各个斐波那契数fi，
[0012]给变量n置0；
[0013]步骤二、计算坐标：该坐标值对应激光器驱动电流的数值，首次给定初始搜索范围[a，b](a和b在初次给值时是定参数，在后续计算中是变量)，对于任意数值j，有坐标x1(j)和x2(j):
[0014][0015][0016]其中，j的范围为0到Fm
‑
1，[]表示取整，且取整后的范围落于[a，b]范围内；
[0017]步骤三、采集数据：对于任意数值j，采集两次ROTDR曲线：
[0018]第一次、设置激光器的驱动电流x1(j)，采集测试光纤背向拉曼散射光经光电探测器APD形成的斯托克斯散射光曲线S
‑
ROTDR(x1(j))，
[0019]第二次、设置激光器的驱动电流x2(j)，采集测试光纤背向拉曼散射光经光电探测器APD形成的斯托克斯散射光曲线S
‑
ROTDR(x2(j))；
[0020]步骤四、数据拟合：分别在斯托克斯光曲线S
‑
ROTDR(x1(j))和S
‑
ROTDR(x2(j))的测试光纤起始端选择300个数据点进行数据拟合，数据拟合的方法采用最小二乘法，拟合得到的一次项系数记为k1n和k2n，其中，k1n和k2n中n的取值范围为1到Fm；
[0021]步骤五、调整区间：根据拟合得到的一次项系数缩小搜索的区间，并且视一次项系数k1n和k2n的大小进行调整，对于任意数值j有：
[0022]若k1n小于k2n，则将x2(j)的值赋给b，将x1(j)的值同时赋给x2(j)和变量c，将k1n的值赋给k2n，
[0023]若k1n大于等于k2n，则x1(j)的值赋给a，将x2(j)的值赋给x1(j)和变量c，将k2n的值赋给k1n；
[0024]步骤六、重复计算：给变量n加1，并依次重复步骤二、步骤三、步骤四、步骤五，其中变量n大于Fm，其中，在步骤五中，若k1n小于k2n，则在重复步骤二时只要计算x1，在步骤三中，只要采集第一次ROTDR曲线，若k1n大于等于k2n，则在重复步骤二时只要计算x2，在步骤三中，只要采集第二次ROTDR曲线；
[0025]步骤七、求取最值：在变量n大于Fm时，记录变量c的值，即为所求的最佳光脉冲功率对应的电流值。
[0026]这种基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法，其特征在于，上述步骤一中，斐波那契数的数值fi的计算方法为：
[0027][0028]其中，fi中i的取值范围为1到Fm。
[0029]实现这种基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法的ROTDR硬件基本组成为：脉冲驱动、激光器、波分复用器、光纤、第一APD、第二APD、数据采集及控制电路；这些组成部分的连接关系为：
[0030]所述脉冲驱动连接于激光器，
[0031]所述激光器连接于波分复用器，
[0032]所述波分复用器连接于光纤，并通过斯托克斯光连接于第一APD，通过反斯托克斯光连接于第二APD，
[0033]所述第一APD连接于第一放大电路，
[0034]所述第二APD连接于第二放大电路，
[0035]所述第一放大电路和所述第二放大电路同时连接于数据采集及控制电路，
[0036]所述数据采集及控制电路连接于脉冲驱动和计算机。
[0037]所述的数据采集及控制电路包括信号放大、数字滤波、数学运算等环节。
[0038]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于斐波那契数确定ROTDR最佳光脉冲功率的方法，其特征在于，对于给定温度下的测试光纤，包括如下步骤：步骤1、确定次数：根据激光器驱动电流的上限Imax和驱动电流的下限Imin确定最佳光脉冲功率搜索的次
·
数，其中，Imax、Imin均为整数，且确定次数的方法依序为：步骤1
‑
1：给定搜索的精度accuracy，步骤1
‑
2：计算斐波那契数个数的上限Fmax＝(Imax
‑
Imin)/accuracy，步骤1
‑
3：对Fmax按四舍五入法进行取整运算，得到F[max]，步骤1
‑
4：计算斐波那契数的数值不大于Fmax的个数Fm，并求得各个斐波那契数fi，步骤1
‑
5：给变量n置0；步骤2、计算坐标：该坐标值对应激光器驱动电流的数值，首次给定初始搜索范围[a，b]，其中a和b在初次给值时是定参数，在后续计算中是变量，对于任意数值j，有坐标x1(j)和x2(j)：和x2(j)：其中，j的范围为0到Fm
‑
1，[]表示取整，且取整后的范围落于[a，b]范围内；步骤3、采集数据：对于任意数值j，采集两次ROTDR曲线：第一次、设置激光器的驱动电流x1(j)，采集测试光纤背向拉曼散射光经光电探测器APD形成的斯托克斯散射光曲线S
‑
ROTDR(x1(j))，第二次、设置激光器的驱动电流x2(j)，采集测试光纤背向拉曼散射光经光电探测器APD形成的斯托克斯散射光曲线S
‑
ROTDR(x2(j))；步骤4、数据拟合：分别在斯托克斯光曲线S
‑
ROTDR(x1(j))和S
‑
ROTDR(x2(j))的测试光纤起始端选择300个数据点进行数据拟合，数据拟合的方法采用最小二乘法，拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟镇，张旭苹，邹宁睦，樊黄燕，李萌，薄雯兮，李雨婷，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：