[發(fā)明專利]一種多芯光纖的分布式傳感方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310258720.3
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103438927A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙志勇;沈平;付松年;唐明;周金龍;朱冬宏
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇金迪電子科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感、測量領(lǐng)域，具體是用于光纖傳感器的光纖傳感方法，采用光纖空分復(fù)用技術(shù)，對溫度、應(yīng)變、壓力等環(huán)境參量實現(xiàn)分布式傳感。　

背景技術(shù)

多芯光纖是單個包層內(nèi)具有多個單芯的光纖，多芯光纖的空分復(fù)用是在一根光纖中將光束沿空間分割成多路傳感通道，通過空分復(fù)用，在光纖鏈路上的每一點都作為傳感元件，傳感長度可達幾十公里，可以連續(xù)測量沿光纖長度分布的環(huán)境參量，實現(xiàn)分布式光纖傳感。

傳統(tǒng)的分布式光纖傳感技術(shù)主要包括：基于偏振的分布式傳感技術(shù)（POTDR）、基于拉曼散射的分布式傳感技術(shù)（ROTDR）和基于布里淵散射的分布式傳感技術(shù)（BOTDR/A）等，包括：偏振光時域反射計（Polarization?Optical?Time?Domain?Reflectometry）、拉曼光時域反射計（Raman?Optical?Time?Domain?Reflectometry）以及布里淵光時域反射計/分析儀（Brillouin?Optical?Time?Domain?Reflectometry?/?Analysis）等。其中，POTDR技術(shù)是通過檢測光纖中偏振態(tài)的變化來達到分布式傳感的目的。當光纖所處的外界環(huán)境發(fā)生變化，會對光纖的局部折射率分布形成調(diào)制，導(dǎo)致瑞利散射光的偏振態(tài)發(fā)生變化，通過檢測偏振態(tài)的變化及光信號的延遲就可以實現(xiàn)對外界環(huán)境的傳感。ROTDR是基于光纖中的非彈性碰撞拉曼散射效應(yīng)實現(xiàn)的分布式傳感，拉曼散射會發(fā)生頻率漂移，其中相對于入射光發(fā)生頻率上移的反斯托克斯拉曼散射光會隨溫度變化而發(fā)生顯著的變化，但是發(fā)生頻率下移的斯托克斯光則受溫度變化影響甚微，所以只要探測出它們的光強，利用公式即可實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測。BOTDR/A是基于光纖中的非彈性碰撞布里淵散射效應(yīng)實現(xiàn)的分布式傳感，常用的技術(shù)包括基于自發(fā)布里淵散射的BOTDR技術(shù)和基于受激布里淵散射的BOTDA技術(shù)，光纖中的布里淵散射光相對于泵浦光有一個頻移，稱為布里淵頻移，當光纖所處環(huán)境的溫度變化或受到應(yīng)力作用時，會引起布里淵頻移量及布里淵散射光能量的變化，所以通過測量布里淵散射光的頻移和強度變化就可以得到傳感光纖感受到的溫度和應(yīng)變。

?以上幾種傳統(tǒng)的分布式傳感技術(shù)都是通過處理背向散射光得到傳感信息的，存在以下不足：

1、在長距離傳感中，背向散射光衰減會變得非常嚴重，甚至淹沒在噪聲中，大大的限制了傳感距離，并且容易產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致精度下降，系統(tǒng)可靠性降低。為了提高系統(tǒng)的信噪比，可以增加脈沖寬度，以此提高入纖功率，但是增加脈沖寬度會導(dǎo)致空間分辨率的降低。另外為了降低由于信噪比劣化導(dǎo)致的誤判事件的發(fā)生，常常采取的措施是多次測量，剔出誤差，提高準確性，但這是以犧牲時間為代價的，并且有些物理量是稍縱即逝的，這也是很大的一個詬病。

2、都是在單芯光纖中實現(xiàn)的，利用具有單個芯的光纖，對某個事件在同一時間內(nèi)都只能得到一組傳感數(shù)據(jù)，在長距離傳感中，受到噪聲的影響，由于單次傳感信息量不足，可能會引起誤判，多次測量則可能由于中途延誤導(dǎo)致錯失對環(huán)境參數(shù)變化的捕捉，精度低，可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述傳統(tǒng)分布式光纖傳感技術(shù)存在的問題而提供一種基于多芯光纖空分復(fù)用的分布式傳感方法，在對待測量環(huán)境參量實現(xiàn)長距離分布式傳感的同時還實現(xiàn)多重傳感及多維傳感，使得多芯光纖對環(huán)境的傳感更立體化、更精確化，使采用本發(fā)明提出的分布式傳感方法所構(gòu)建的分布式傳感器更加可靠和智能化。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：所述多芯光纖具有2條以上的n條纖芯，將n條纖芯的兩端口作為輸入端口或輸出端口，構(gòu)成一個有n個輸入和n個輸出的n條并行通道，所述n條并行通道單向或雙向傳感n組數(shù)據(jù)。

所述將n條纖芯的兩端口作為輸入端口或輸出端口是：多芯光纖一端全部的纖芯端口作為輸入口，另一端的同條芯的纖芯端口作為對應(yīng)的輸出口，每條芯獨立地單向傳感一組數(shù)據(jù)。

所述將n條纖芯的兩端口作為輸入端口或輸出端口是：多芯光纖一端的部分纖芯端口作為輸入口，多芯光纖另一端的同條芯的纖芯端口作為對應(yīng)的輸出口；多芯光纖另一端的其余纖芯端口分別作為輸入口，多芯光纖一端的其余的同條芯的纖芯端口作為輸出口，每條芯獨立地傳感一組數(shù)據(jù)，雙向傳感n組數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，與已有技術(shù)對比，具有以下優(yōu)點：