[發明專利]基于光纖波長矩陣的光纖診斷方法及系統

在審

• 申請號: 201710309365.6
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107084833A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 薛鵬
• 申請（專利權）人: 薛鵬
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及利用光纖波長矩陣來診斷光纖狀態的方法，屬于光纖故障診斷技術鄰域和FBG傳感器領域，用于光纖通信故障診斷，尤其適用于大規模光纖傳感器網絡的診斷中。

背景技術

近年來，FBG(光纖光柵)傳感器大量使用于各測溫、測壓等環境，FBG傳感器數據傳輸需要光纖作為傳輸通道，但是當連接FBG傳感器的光纖中斷或者衰耗時就需要OTDR進行測試，這就增加了傳感器系統的成本和工序。

例如在現有技術中，對于PON網絡，進行監控時一般都采用融入OTDR的集中式監控方式，將OTDR設置在局方光線路OLT處，通過瑞利散射和菲涅爾反射來監控各分支鏈路狀況，對出現的中斷或者故障進行監測，而這種方式中往往通過分光器處理測試信號，為降低衰減，必須增大OTDR的動態范圍，增加了OTDR成本，同時增加了盲區大小，并且隨著監控的支路的數量增加，OTDR無法有效應對測試得到的曲線相互疊加引起的檢測誤差。

在例如申請號為CN201410776821.4的專利申請中，其對光網絡的測試仍然采用OTDR結合波峰檢測的方式，對光網絡中的點進行測試；又如在申請號為CN201310170697.2的專利申請中，其采用OTDR本次檢測信號反射峰與以往測試信號的反射峰進行對比，獲知發生變化的反射峰，從而實現故障或中斷定位。上述方法中，均是通過OTDR以及與OTDR配合使用的復雜外部設備，通過尋峰等算法，實現對故障點或中斷點的檢測，其設備應用成本高，系統運維難度大，且檢測效果一般，對于復雜網絡，尤其復雜的FBG傳感器網絡，效果欠佳。

此外，對現有的大規模光纖傳感器，往往采用復雜的光能量計算方式，來檢測對應的應力變化，其計算復雜度高，且不能很好地適用于較長的、分布較多的傳感器網絡。

如果能夠直接采用FBG解調儀，并且結合散射光的特性變化，設置簡潔的光纖狀態監測方法以及傳感器監測方法，就能夠有效降低傳感器系統的成本。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的技術問題，本發明提出了一種直接采用FBG解調儀實現對光纖進行狀態診斷的方法，該方法主要利用了光纖散射頻移和光纖應力的關系來進行光纖狀態監測，避免了OTDR設備的使用，有效降低了系統成本。

具體而言，本發明提供了一種基于光纖波長矩陣的光纖診斷方法，該方法包括：對光纖進行光源照射，所述光源以時間延時Δt為間隔，調制脈寬；所述光纖中的測試點數為n；

使用FBG解調儀，以一時間周期T，掃描光纖中的散射光；

依據所述光纖軸向應變與散射光頻率漂移量的關系，建立散射光波長、光能量沿光纖軸向的分布，形成光纖波長矩陣；

檢測所述光纖波長矩陣的變化，依據所述變化，判斷光纖的狀態。

優選地，對整條光纖依據預設的距離進行測量，并記錄各測試點的散射光波長及散射光能量，依據所述距離、波長、能量，建立所述光纖波長矩陣。這里需要指出，本領域技術人員根據上述記載可以明了，當以一固定脈沖光源對光纖照射時，并且以一固定周期檢測接收反射光，則相當于在光纖中，每間隔一固定的距離設置了一測試點，由于光的傳播速度固定，也即等于在需要檢測的光纖中按照預設的距離進行定點檢測。此外，這一預設距離，或者說時間周期，是可以進行調整的，可以依據檢測精度要求等進行延長或縮短。另外，該檢測的時間周期T甚至是可以以一定的規律變化的，也即時間間隔是變化的，例如兩次連續的時間周期T是變化的，那么，此時對應的光纖中的相鄰兩測試點的間距，也是變化的，可以依據不同的需要進行調整。

在一段距離內，光纖會散射穩定的波長序列，也就是對應一組穩定的散射光頻移序列；當出現外界干擾后散射光頻移會發生變化也就是散射光變化或者部分波長消失以及能量會發生變化。

優選地，所述散射光為布里淵散射光。布里淵散射光與其他散射光相比的另一個突出優點是它的頻移變化量與溫度相關性比應變的相關性要小得多(0.002％/℃)，這更有利于在惡劣環境下對光纖的狀態進行有效監測。

優選地，在每個時間周期T中，所述FBG解調儀接收一次散射光；通過在所述光源處設置第一光開關、第二光開關，并通過控制第一光開關、第二光開關打開的時間延時Δt，對所述光源調制脈寬。

優選地，所述光纖軸向應變與散射光頻率漂移量的關系為：

其中，i＝1,2,…,n，n_iB(e)為第i個測試點光纖軸向拉伸時布里淵散射光頻率；n_iB(0)為光纖軸向無應變應力時布里淵散射光頻率；為比例系數；e為光纖的軸向應變。