低成本DVS系統(tǒng)解決方案

2022-01-25 10:53:23

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分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)（ Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System, DVS）是以光纖作為傳感器進(jìn)行振動(dòng)感知的光學(xué)儀器，該系統(tǒng)利用單根光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和信號(hào)的傳輸; 分布式光纖傳感技術(shù)是一種新興的傳感技術(shù)，將探測(cè)光纜沿管道同溝或者并行敷設(shè)，可實(shí)時(shí)獲得管道沿線任一點(diǎn)的溫度、應(yīng)變、振動(dòng)（聲音）信息，實(shí)現(xiàn)管道沿線泄漏、打孔盜油、地質(zhì)災(zāi)害等異常狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量距離遠(yuǎn)、連續(xù)分布式測(cè)量、可精確定位、安裝簡(jiǎn)單、安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)所需器件

RIO激光器(5kHz): http://www.mzsyx.com/?a=cpinfo&id=4492

可調(diào)光衰減器: http://www.mzsyx.com/?a=cpinfo&id=854

SOA光放大器: http://www.mzsyx.com/?a=cpinfo&id=1680

光環(huán)形器: http://www.mzsyx.com/?a=cpinfo&id=259

20km單模光纖(傳感器件)

索雷博光電探測(cè)器(內(nèi)置放大模塊)

14pin激光二極管驅(qū)動(dòng)

信號(hào)發(fā)生器(調(diào)制SOA做光開關(guān))

示波器(數(shù)據(jù)采集裝置)

計(jì)算機(jī)(數(shù)據(jù)處理裝置)

由于DVS對(duì)光源線寬的要求非常高,目前我們只有在RIO激光器中才能看到比較良好的傳感效果,dense light(50kHz)或DFB nl(100kHz)激光器均無法觀測(cè)到傳感振動(dòng)信號(hào)。

由于SOA種子光過大后脈沖性能不是很好，所以RIO輸出后需要添加一個(gè)衰減器控制輸入種子光功率在1mW（0dBm）左右，也可以可以稍微大一點(diǎn)，視SOA器件參數(shù)而定。

我們的SOA調(diào)制頻率能達(dá)到40MHz，脈寬可達(dá)10ns，用于DVS是完全足夠的。10ns理論上對(duì)應(yīng)的傳感精度是1m。

環(huán)形器可以換成50：50耦合器，只是功率會(huì)下降一點(diǎn)。

PD探測(cè)器選用索雷博的放大可調(diào)探測(cè)器（PDA10CS2），將內(nèi)置的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)至30dB檔，可以看到明顯的分布式散射信號(hào)了。

最后對(duì)探測(cè)器的電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。AFG信號(hào)發(fā)生器同時(shí)分出一路觸發(fā)信號(hào)給采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)同步采集。我們采用的是rigol示波器加matlab的方式進(jìn)行采集。

2022/08/26

我們的DVS系統(tǒng)對(duì)比驗(yàn)證第一個(gè)是RIO的，第二個(gè)是LD-PD，25km光纖長(zhǎng)度

RIO和LD-PD窄線寬激光器在DVS中的效果比對(duì)視頻

RIO效果視頻

LD-PD效果視頻

2022/07/13

2022/02/15

添加了時(shí)間域單點(diǎn)振動(dòng)判斷的降噪DVS采集算法（matlab）

 clear
 clc
 delete(instrfind)%清空連接端口
 len = 100000;
ave = 20;%單次判定 時(shí)間域采樣次數(shù)
tt=0.001;
yu = 2;
bil=1.1;
offset=200;

 send = ':wav:data? CHANnel1';%發(fā)送指令讀取通道1數(shù)據(jù)
E = visa('ni','USB0::0x1AB1::0x0588::DS1ET184552667::INSTR');
E.InputBufferSize = len;
fopen(E);


for j = 1:ave%兩次采樣正好隔ave次平均后相減，
    fprintf(E,send);
    pause(tt)
[data,len]=fread(E,len);
wavepre(:,j) = offset-data(12:len-1);
end

subplot(2,1,1)
p1=plot(wavepre(:,ave));
axis([0 len 0 220])
meanwav = bil*mean(wavepre,2)+yu;
for j = 1:(ave - 1)
 errorpre(:,j) =  F( ( wavepre(:,j) - meanwav).* ( wavepre(:,j+1) - meanwav));
end
error = sum(errorpre,2);
subplot(2,1,2)
p2=plot(error);
axis([0 len 0 ave])
%for i = 1:100000  %采集次數(shù)
i=1;
while true
%     fprintf(E,':run');
% fprintf(E,':stop');
   % yu = mod(i-1,ave);%余數(shù)
   fprintf(E,send);
   [data,len]=fread(E,len);
   wave = offset-data(12:len-1);
   set(p1,'YData',wave);
 error1 = F((wave -meanwav).*( wavepre(:,ave) - meanwav));%求差后歸一化
 errorpre = [ errorpre error1];
 error = sum(errorpre,2);
%  error = (wave - wavepre(:,yu+1));
   set(p2,'YData',error);
  
   title(i)  
    drawnow
     i=1+i;
   pause(tt)
errorpre(:,1) = [];
wavepre(:,1) =[]; %迭代數(shù)據(jù)
wavepre=[wavepre wave];
meanwav = bil*mean(wavepre,2)+yu;
end
fclose(E);
function y = F(x)
x(x>0) =0;
x(x<0)=1;
y = x;
end