引用本文:
邱玉东,秦祖军,熊显名,等:车辆振动检测Φ-OTDR系统研究与信号处理[J]. 光通信技术,2018,42(4):33-36.
邱玉东,秦祖军,熊显名,张文涛
(桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:低动态响应严重限制了相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)系统在高速公路车辆振动信号检测中的应用。理论分析了Φ-OTDR系统车辆振动探测原理。针对相干探测时信号解调所造成的低动态响应问题,提出了利用专用解调芯片进行模拟解调的解决方案,并进行压电陶瓷(PZT)振动模拟实验和高速公路实验。实验结果表明,基于ADRF6850宽带接收机芯片的模拟解调器达到了系统对精度的要求,且极大地提高了Φ-OTDR系统的动态响应能力,证明了高动态响应Φ-OTDR系统在高速公路车辆振动信息检测中有很大的应用前景。
关键词:相敏光纤传感;模拟解调;振动检测;动态响应
中图分类号:TN247 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2018)04-0033-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.04.009
0 引言
从1993年Taylor和Lee首次提出相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)[1]开始,经过20年的发展,Φ-OTDR系统因其高灵敏度、超长距离和可分布式等优点已被广泛应用在石油管道安全监测、桥梁监测和特殊场所安防监控等领域[2]。如今,高速公路安全监测是保障高速道路畅通、减少和避免交通事故的必要途径。目前高速公路上采用的视频监控或雷达测速等安全监测手段无法做到全程监控,急需像分布式Φ-OTDR传感系统这样的全分布式传感系统对高速公路上车速、车流量等交通信息进行全程监控。之前针对Φ-OTDR传感系统的研究大多集中在降噪和特征识别算法中,例如叠加平均及滑动平均算法[3]、小波去噪算法[4]以及直接探测、相干探测与IQ解调[5]等,其大部分系统都是在实验室环境下搭建,很少考虑系统在工程应用时出现的动态响应问题。由于传感系统需要进行全程监控以及Φ-OTDR系统的高分辨率特性,传感系统每次探测数据量庞大,而系统的动态响应直接影响了车辆信息获取的速度和准确度。因此,系统的动态响应与其降噪、信号特征识别一样,在高速公路车辆振动信息获取上有着至关重要的地位。
本文首先介绍Φ-OTDR系统车辆振动检测原理及系统结构设计;然后提出一种利用宽带接收机芯片ADRF6850进行模拟IQ解调的信号解调方案来尽可能地缩短测量时间,提高系统动态响应;最后进行多次实验,一方面验证解调板的灵敏度和解调精度,另一方面证明高动态响应Φ-OTDR系统在高速公路车辆振动信息获取上的应用前景。
4 结束语
Φ-OTDR技术理论相对成熟,但其在道路交通上的应用相对较少。本文通过多次实验验证了分布式Φ-OTDR系统在高速公路车辆振动信息监测领域有一定的应用价值,并指出了实际应用时出现的问题以及问题出现的原因。同时优化了Φ-OTDR系统的动态响应,证明了模拟解调可以满足系统对精度的要求。本文的设计获取了车辆的振动信号,为之后的车辆振动模式识别奠定了基础,对Φ-OTDR系统在高速公路车辆信息检测方面的推广有重要意义。