[發明專利]用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統與方法

在審

• 申請號: 201810055516.4
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108225387A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王靜;李姝凡;張建清;隋青美;劉斌;王正方;李亦佳;韓明娟;蔡加興
• 申請（專利權）人: 山東大學;長江地球物理探測（武漢）有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，其特征是，包括

全分布式傳感光纖，所述全分布式傳感光纖并行布置在線性工程的內部或表面；

所述全分布式傳感光纖與激光器相連，所述激光器輸出光源，光電調制器與激光器相連，光電調制器用于調制激光，所述光電調制器還連接至布里淵背向散射光數據采集設備，所述布里淵背向散射光數據采集設備接收后向散射光并傳輸至數據處理設備；

所述全分布式傳感光纖由布里淵背向散射光數據采集設備同步測量，其應變和溫度的傳感均基于布里淵后向散射光，通過對不同時刻的布里淵后向散射光強度和布里淵頻移的測量，完成全分布式傳感光纖上各點的溫度和應變的測量及空間定位；根據布里淵散射光強度與頻移均與應變和溫度呈線型關系，得到線性工程內部及表面的應變分布和溫度分布，實現對線性工程的長距離、分布式監測。

2.如權利要求1所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，其特征是，所述激光器為超窄線寬的DFB光纖激光器，線寬小于3KHz。

3.如權利要求1所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，其特征是，所述光電調制器為壓電陶瓷調制器，用于將激光器輸出的連續光調制成脈沖光。

4.如權利要求1所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，其特征是，所述布里淵背向散射光數據采集設備通過通訊接口與計算機的通信。

5.如權利要求1所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測系統，其特征是，所述布里淵背向散射光數據采集設備采用采樣頻率為10GS/s的高速數據采集卡。

6.用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測方法，其特征是，包括：

在線性工程中布設全分布式傳感光纖；

全分布式傳感光纖由布里淵背向散射光數據采集設備同步測量；

全分布式傳感光纖其應變和溫度的傳感均基于布里淵后向散射光，通過對不同時刻的布里淵后向散射光強度和布里淵頻移的測量，完成全分布式傳感光纖上各點的溫度和應變的測量及空間定位；

根據布里淵散射光強度與頻移均與應變和溫度呈線型關系，得到線性工程內部及表面的應變分布和溫度分布，實現對線性工程的長距離、分布式監測。

7.如權利要求6所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測方法，其特征是，采用電方法來分別得到布里淵頻移的大小和強度的變化，首先將后向散射光經過光濾波器濾除拉曼散射光和布里淵反斯托克斯光，然后將布里淵斯托克斯和瑞利散射光的干涉交流信號分為兩路，一路通過12GHz的高頻率光探測器，從高頻率光探測器的交流輸出端口得到與布里淵頻移有關的交流信號，另一路通過125MHz的光電探測器和濾波器放大器得到直流部分和交流部分的峰值，再進行數據處理得瑞利散射光強度和布里淵散射光強度，再根據另一路中得到的布里淵頻移的變化，通過解調布里淵強度的變化和頻移的變化來同時得到由傳感光纖感受到的溫度變化和應變。

8.如權利要求6所述的用于線性工程安全監測的全分布式光纖監測方法，其特征是，從高頻率光探測器的交流輸出端口得到與布里淵頻移有關的交流信號時，具體為：

假設瑞利散射光的電磁場和布里淵散射斯托克斯光的電磁場如下：

E_R(t)＝E_Rcos(ω_Rt+φ_R)，E_B(t)＝E_Bcos(ω_Rt+φ_B)其中R表示瑞利散射光，B表示布里淵散射光。

鑒于頻帶為12GHz的高頻光探測器的光譜相應特性和頻率響應特性，可以得到輸出光電流為：