应变值测量方法、OFDR应变测量方法技术

应变值测量方法、OFDR应变测量方法，涉及大应变测量量程领域。为解决现有技术中存在的，现有OFDR应变测量方法对于光谱偏移量超过50％的信号无法解调的技术问题，本发明专利技术提供的技术方案为：应变值测量方法，所述方法包括：采集传感光纤信号的距离域的步骤；通过所述距离域得到散射光谱信号的步骤；通过矩形窗函数提取所述散射光谱信号的前端和末端局部片段，并得到两个片段参考态信号的步骤；将所述参考态信号与测量台信号进行互相关运算的步骤；比较两个所述信号对应的互相关运算的值，取较大的值作为结果的步骤。适合应用于OFDR应变测量工作中。作中。作中。

【技术实现步骤摘要】
应变值测量方法、OFDR应变测量方法


[0001]涉及利用光频域反射仪(OFDR)进行应变传感、扩大应变测量量程领域。

技术介绍

[0002]光频域反射仪(Optical Frequency Domain Reflectometry，OFDR)是一种在光纤中利用背向瑞利散射光和本振光之间的干涉产生拍信号并进行处理的技术。OFDR最早于1981年由W.Eickhoff提出，借鉴了调频连续波技术(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)的思想。其原理是基于外差干涉法，将背向散射光与本振光进行干涉，从而获取传感光纤中的信息。OFDR在航空、潜艇、医疗、地质勘探等多个领域具有广阔的应用前景和极高的应用价值，目前已经在管道变形检测、桥梁结构检测、岩土及地质监测、钢材变形及腐蚀检测等领域展示出其应用价值。
[0003]光纤中的背向散射光是由于光纤内部折射率分布不均匀导致的，这种不均匀性会导致散射光的振幅和相位呈随机变化。一旦光纤制造完成后，其折射率的不均匀性会趋于稳定，成为光纤的固定特性，同时也可视为光纤的"指纹"。基于这种特性，我们可以通过光谱偏移来判断不同位置的光纤片段。研究者们建立了应变与光谱偏移量之间的关系，使得OFDR可以用于应变传感。然而，在应变传感中，若光谱偏移量过大，将导致光谱之间的相似性下降，从而引发解调错误。大应变导致时域信号相似性降低是OFDR解调应变中普遍面临的问题。
[0004]为了提高应变测量范围，Heinze等人提出了采用动态参考瑞利光谱的方法，用之前的测量结果作为参考态，当前测量态则是前几次测量结果的累计。然而，这种方法存在误差累积问题，并且每次解算的应变范围并没有真正提升。
[0005]为了解决这个问题，哈尔滨工业大学的冯昆鹏、蒋栋等研究人员提出了一种基于局部光谱相似性的光谱偏移解算方法。该方法选取参考光谱的10％作为局部片段，然后计算与之相同长度的测量态光谱之间的Pearson相关系数，选择相关程度最高的局部光谱作为参考，再根据两个局部光谱之间的相对位置计算外偏移量，通过对两个片段进行互相关计算得到内偏移量。应变引起的光谱偏移量可以表示为内偏移量与外偏移量之和。这种方法有效地避免了由于大应变导致相似性下降的问题。
[0006]通过以上的改进方法，OFDR在应变测量方面取得了更好的性能。不仅可以提高应变测量范围，还有效避免了大应变导致的解调错误。这种基于局部光谱相似性的解算方法为OFDR在应变传感领域带来了更高的精确度和可靠性。
[0007]总结来说，光频域反射仪(OFDR)是一种基于外差干涉法的光纤传感技术，利用背向瑞利散射光与本振光的干涉进行测量和解调。在应变传感方面，OFDR面临光谱相似性降低导致的解调错误问题。通过采用动态参考光谱和基于局部光谱相似性的解算方法，可以避免这些问题，提高应变测量的范围和准确性。OFDR在多个领域中具有广泛的应用前景和价值，将为航空、潜艇、医疗、地质勘探等领域的监测和检测任务提供有效的解决方案；
[0008]然而上述方法对于光谱偏移量超过50％的信号无法解调。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术中存在的，现有OFDR应变测量方法对于光谱偏移量超过50％的信号无法解调的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0010]应变值测量方法，所述方法包括：
[0011]采集传感光纤信号的距离域的步骤；
[0012]通过所述距离域得到散射光谱信号的步骤；
[0013]通过矩形窗函数提取所述散射光谱信号的前端和末端局部片段，并得到两个片段参考态信号的步骤；
[0014]将所述参考态信号与测量台信号进行互相关运算的步骤；
[0015]比较两个所述信号对应的互相关运算的值，取较大的值作为结果的步骤。
[0016]进一步，提供一个优选实施方式，所述距离域是根据所述距离域的传感光纤片段经过插值补零处理得到的。
[0017]进一步，提供一个优选实施方式，所述散射光谱信号为瑞利散射光谱信号。
[0018]进一步，提供一个优选实施方式，所述散射光谱信号通过逆离散傅里叶变换得到。
[0019]进一步，提供一个优选实施方式，所述两个片段参考态信号是通过所述前端和末端局部片段经过插值补零处理得到的。
[0020]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了应变值测量装置，所述装置包括：
[0021]采集传感光纤信号的距离域的模块；
[0022]通过所述距离域得到散射光谱信号的模块；
[0023]通过矩形窗函数提取所述散射光谱信号的前端和末端局部片段，并得到两个片段参考态信号的模块；
[0024]将所述参考态信号与测量台信号进行互相关运算的模块；
[0025]比较两个所述信号对应的互相关运算的值，取较大的值作为结果的模块。
[0026]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了OFDR应变测量方法，所述方法包括：
[0027]采集应变未发生时的光纤信号作为参考态信号的步骤；
[0028]采集应变发生时，光纤的信号作为测量态信号的步骤；
[0029]将两个信号分别进行傅里叶变化，分别得到距离域的步骤；
[0030]通过所述的方法，对所述距离域进行测量的测量步骤；
[0031]通过所述测量步骤遍历整个待测传感光纤段，得到应变分布情况的步骤。
[0032]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了OFDR应变测量装置，所述装置包括：
[0033]采集应变未发生时的光纤信号作为参考态信号的模块；
[0034]采集应变发生时，光纤的信号作为测量态信号的模块；
[0035]将两个信号分别进行傅里叶变化，分别得到距离域的模块；
[0036]通过所述的装置，对所述距离域进行测量的测量模块；
[0037]通过所述测量步骤遍历整个待测传感光纤段，得到应变分布情况的模块。
[0038]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当计算机读取所述计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
[0039]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
[0040]与现有技术相比，本专利技术提供的OFDR应变测量方法，提出了一种基于双片段瑞利散射光谱相关的应变测量方法，利用参考态信号的前部和后部分别作为局部片段，插零补至原本长度，再分别与测量态信号进行互相关，取互相关最大值较大的互相关作为最终结果。
[0041]与现有技术相比，本专利技术提供的OFDR应变测量方法，区别于传统方法，传统方法会产生解算错误，而本专利技术提供的OFDR应变测量方法可以很好地解调。
[0042]适合应用于OFDR应变测量工作中。
附图说明
[0043]图1为实施方式十一提到的信号偏移示意图；
[0044]图2为实施方式十本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应变值测量方法，其特征在于，所述方法包括：采集传感光纤信号的距离域的步骤；通过所述距离域得到散射光谱信号的步骤；通过矩形窗函数提取所述散射光谱信号的前端和末端局部片段，并得到两个片段参考态信号的步骤；将所述参考态信号与测量台信号进行互相关运算的步骤；比较两个所述信号对应的互相关运算的值，取较大的值作为结果的步骤。2.根据权利要求1所述的应变值测量方法，其特征在于，所述距离域是根据所述距离域的传感光纤片段经过插值补零处理得到的。3.根据权利要求1所述的应变值测量方法，其特征在于，所述散射光谱信号为瑞利散射光谱信号。4.根据权利要求3所述的应变值测量方法，其特征在于，所述散射光谱信号通过逆离散傅里叶变换得到。5.根据权利要求1所述的应变值测量方法，其特征在于，所述两个片段参考态信号是通过所述前端和末端局部片段经过插值补零处理得到的。6.应变值测量装置，其特征在于，所述装置包括：采集传感光纤信号的距离域的模块；通过所述距离域得到散射光谱信号的模块；通过矩形窗函数提取所述散射光谱信号的前端和末端局部片段，并得到两个片段参考态信号的模块；将所述参考态信号与测量台信号进行互相关运算的模块；比较两个所述信号对应的互...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘雨，程焕然，刘国栋，卢炳辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：