[發(fā)明專利]基于并行數(shù)據(jù)處理技術(shù)的布里淵光時(shí)域反射儀方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310009272.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN103148878A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂立冬;梁云;李炳林;郭經(jīng)紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353;G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用光纖中的自發(fā)布里淵散射效應(yīng)進(jìn)行溫度和/或應(yīng)力監(jiān)測(cè)的分布式光纖傳感方法和裝置，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

單頻光脈沖在光纖中傳輸會(huì)產(chǎn)生自發(fā)布里淵散射光，其中一部分會(huì)沿光纖返回，該部分布里淵信號(hào)稱為背向布里淵散射信號(hào)。布里淵信號(hào)呈洛倫茲形，在普通單模光纖中其3dB帶寬為35MHz左右，頻譜持續(xù)范圍大于200MHz，因此布里淵散射信號(hào)也稱為布里淵散射譜。光纖中的布里淵散射譜對(duì)光纖上散射位置處的溫度和應(yīng)力敏感，而且，溫度和應(yīng)力的變化會(huì)引起布里淵散射譜中心頻率線性地移動(dòng)，于是通過測(cè)量布里淵散射譜中心頻率的變化量就可以間接地推斷出光纖中散射位置處承受的溫度和/或應(yīng)力大小。

布里淵光時(shí)域反射儀就是利用自發(fā)布里淵散射效應(yīng)和光時(shí)域反射技術(shù)來對(duì)被測(cè)光纖沿線所處的溫度和應(yīng)力進(jìn)行分布式測(cè)量的重要裝置。布里淵散射譜反映散射位置處的溫度和應(yīng)力信息，而光時(shí)域反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)散射點(diǎn)的定位。布里淵光時(shí)域反射儀實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線溫度和應(yīng)力的分布式測(cè)量的過程是這樣的：首先將單頻的探測(cè)光脈沖注入到被測(cè)光纖，探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中傳輸?shù)耐瑫r(shí)，其與被測(cè)光纖作用產(chǎn)生的背向布里淵散射信號(hào)沿光纖返回并與一單頻本振光混合，二者相干后經(jīng)光電探測(cè)器將布里淵譜轉(zhuǎn)變成電頻譜，而布里淵散射信號(hào)返回光纖入射端的時(shí)間對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的位置；接著，利用掃頻的方法提取布里淵電頻譜中一些離散的頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光時(shí)域反射曲線；掃頻方案使用頻率可調(diào)的微波信號(hào)與布里淵電頻譜相作用，從而提取出該頻率點(diǎn)處的功率信息；最后，通過對(duì)所有的離散頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光時(shí)域反射曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合就可以得到各個(gè)散射位置處的布里淵散射譜，于是通過相應(yīng)算法找到布里淵譜的中心頻率并對(duì)比原始的布里淵譜的中心頻率就可以計(jì)算出兩次測(cè)量前后光纖沿線各個(gè)位置處溫度和應(yīng)力的變化量。

目前，商用的布里淵光時(shí)域反射儀如AQ8603就是利用掃頻的方式來提取布里淵散射譜的。掃頻的方式存在著明顯的缺點(diǎn)，不能滿足對(duì)溫度和應(yīng)力的動(dòng)態(tài)測(cè)量需求。這是因?yàn)椋總€(gè)探測(cè)光脈沖周期內(nèi)僅存在一個(gè)固定的微波頻率用于對(duì)布里淵電頻譜進(jìn)行掃頻，所以，要完整地提取出一個(gè)布里淵頻譜則需要進(jìn)行多次掃頻，通常需要掃頻5次。如果，考慮到布里淵光時(shí)域反射儀的量程的話，掃頻的次數(shù)會(huì)成倍的增加。比如，溫度在定標(biāo)狀態(tài)±50℃范圍內(nèi)變化，這樣，對(duì)應(yīng)的布里淵譜的中心頻率的移動(dòng)即布里淵頻移約±50MHz。若掃頻的頻率間隔為5MHz，則需要進(jìn)行20次掃頻。為了獲得更加準(zhǔn)確的布里淵譜，掃頻的頻率間隔還應(yīng)進(jìn)一步減小以便于獲得布里淵譜上的特征點(diǎn)，這樣，掃頻的次數(shù)還會(huì)繼續(xù)增加，相應(yīng)地，獲得一次完整的布里淵譜的時(shí)間被延長。由于，掃頻方式獲得的離散的布里淵譜并不是從同一個(gè)布里淵譜上提取的，各個(gè)頻率點(diǎn)存在時(shí)間次序，因此，使用掃頻方式的布里淵光時(shí)域反射儀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)力的動(dòng)態(tài)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了提升布里淵光時(shí)域反射儀的性能，本發(fā)明提出基于并行數(shù)據(jù)處理技術(shù)的布里淵光時(shí)域反射儀方法和裝置，發(fā)明內(nèi)容如下：

基于并行數(shù)據(jù)處理技術(shù)的布里淵光時(shí)域反射儀的方法，所述方法包括：

將單頻探測(cè)光脈沖注入到被測(cè)光纖，其在被測(cè)光纖中產(chǎn)生的自發(fā)布里淵散射信號(hào)沿光纖返回與一路單頻本振光混合后經(jīng)光電探測(cè)器將布里淵散射譜轉(zhuǎn)變?yōu)殡婎l譜；

利用高速數(shù)據(jù)采集硬件采集得到整個(gè)布里淵電頻譜；

利用多通道數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)快速提取出數(shù)字布里淵電頻譜信號(hào)中各個(gè)離散頻率通道的功率，每個(gè)頻率通道對(duì)應(yīng)一條探測(cè)曲線；

通過數(shù)據(jù)擬合算法得到布里淵譜的中心頻率，對(duì)比被測(cè)光纖初始狀態(tài)的布里淵譜的中心頻率，計(jì)算出被測(cè)光纖沿線溫度和/或應(yīng)力信息。

基于并行數(shù)據(jù)處理技術(shù)的布里淵光時(shí)域反射儀的裝置，所述裝置包括：

光源模塊，它分兩部分，一路用作探測(cè)光，一路用作本振光；

單頻探測(cè)光進(jìn)入光脈沖調(diào)制模塊被調(diào)制成探測(cè)光脈沖，單頻本振光光路與相干探測(cè)模塊連接；

調(diào)制模塊，它由光脈沖調(diào)制器構(gòu)成，將連續(xù)光調(diào)制成光脈沖；

光放大模塊，它選用光放大器提升探測(cè)光脈沖的功率；

相干探測(cè)模塊，它由一個(gè)50/50的X型耦合器和平衡光電探測(cè)器組成。探測(cè)光脈沖在被測(cè)光纖中的背向自發(fā)布里淵散射光沿光纖返回進(jìn)入該50/50的X型耦合器的一輸入端，而本振光接入此耦合器的另一輸入端，該耦合器的兩輸出端接平衡光電探測(cè)器的兩輸入端，于是，背向自發(fā)布里淵散射光與本振光在相干探測(cè)模塊混合并經(jīng)光電探測(cè)器輸出布里淵電頻譜；

電信號(hào)放大模塊，它選用低噪聲放大器，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大以便高速數(shù)據(jù)采集模塊精確地采集數(shù)據(jù)；