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专利号: 2022112166341
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提高布里渊光时域反射仪空间分辨率的方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,记录BOTDR系统数据采集模块采集到的布里渊散射信号;

S2,对布里渊散射信号进行短时傅里叶变换来构建三维频谱;

S3,通过寻极大值算法来构建布里渊频移图,并结合寻峰因子来判断布里渊频移;

S4,对布里渊频移曲线中温度或应力段信息进行修正;

S5,对温度段的布里渊频移值的不确定度进行计算,得到频率分辨率;

所述S2中,构建三维频谱的步骤为:

S21,以一定窗长h,一定滑窗间距Δt对光纤沿线的信号进行傅里叶变换,离散型的短时傅里叶变换可写成:h=iΔt‑t

其中,K(v,t)为通过傅里叶变换构建三维频谱,s(i)为原始布里渊散射信号,w(iΔt‑t)为窗函数;

S22,将窗长分为m份,则时间t0点的布里渊增益谱为:其中,Ki(v,t)为各份子窗长产生的布里渊增益谱;ai表示权重系数;

S23,当一个窗长内既有常温信息,又有温度或应变信息,时间t0点的布里渊增益谱为:其中,v1为常温段光纤的布里渊频移,v2为受温度或应变段光纤的布里渊频移;

在所述S4中,温度或应力信息的曲线长度会比真实温度或应力段长度长一个窗函数长度h,对布里渊频移曲线中温度或应力信息进行修正,将温度段布里渊频移曲线开始和末尾的位置都相内偏移h/2长度;

所述S5中不确定度δT计算公式为:

其中N1为布里渊频移曲线上温度或应力段开始位置的数据点数,N2为末尾位置的数据点数,Vn为温度或应力段各位置的布里渊频移的大小, 为温度或应力段各位置的布里渊频移的大小的平均数。

2.根据权利要求1所述的一种提高布里渊光时域反射仪空间分辨率的方法,其特征在于,所述S3中,寻极大值算法是在MATLAB系统上对短时傅里叶变换构建的频谱图各点进行极大值判断。

3.根据权利要求2所述的一种提高布里渊光时域反射仪空间分辨率的方法,其特征在于,所述极大值判断条件为:v(x)‑v(x‑Δv)>0&&v(x+Δv)‑v(x)<0其中,v(x)为光纤单个位置的布里渊增益谱中各频率对应光强大小的函数,Δv为频率步长,&&表示两条件并立。

4.根据权利要求3所述的一种提高布里渊光时域反射仪空间分辨率的方法,其特征在于,所述S3中,寻峰因子σ由下列式子计算:其中,SNR为系统的信噪比,E为系统的噪声强度大小,β为算法的频率步长,FWHM为布里渊增益谱的半高宽度;

再判断极大值大于寻峰因子σ的极大值的个数,若只有一个则其为布里渊频移大小,若有多个则第二极大值为布里渊频移大小,这些数据一起构建布里渊频移曲线。

5.根据权利要求1所述的一种提高布里渊光时域反射仪空间分辨率的方法,其特征在于,若温度或应力信息的长度小于窗函数长度一半时,包含温度或应力信息的曲线长度会比真实温度或应力段长度长λl,λ为修正系数,由下列式子得:其中l为真实温度或应力段长度,h为窗函数长度,t为窗函数长度被细分的子脉冲长度。