[發明專利]一種基于Phase-OTDR的分布式光纖傳感系統及方法

有效

• 申請號: 201810584400.X
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109210385B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 張益平
• 申請（專利權）人: 王超凡
• 主分類號: F17D5/02
• 分類號: F17D5/02;F17D5/06;G01K11/32;G01H9/00
• 代理公司: 北京中普鴻儒知識產權代理有限公司 11822
• 代理人: 楊洋

1.一種基于Phase-OTDR的分布式光纖傳感系統，用于管道泄漏檢測和管道入侵保護，可同時測量管道泄漏產生的溫度變化以及聲信號，并且能同時檢測第三方入侵所產生的聲信號，其特征在于，包括基于Phase-OTDR的分布式光纖溫度傳感器、和基于Phase-OTDR的分布式光纖聲學傳感器，使用單一光源和單一光纖同時進行基于Phase-OTDR的分布式溫度測量和基于Phase-OTDR的分布式聲學測量，在每一個Δt時間內，將所述分布式光纖傳感系統的脈沖光波長維持為同一個波長λm，m取值為1,2,…,n的正整數，開始進行調制時，在Δt時間內，將輸出的脈沖光波長維持在某一波長λ1，在一個長周期T內，脈沖光依次經歷n個不同波長λ1～λn，n為大于1的正整數，其中，每個波長λm持續時間均為Δt，其中，所述基于Phase-OTDR的分布式溫度測量是使用波長位移的方法的溫度測量，所述基于Phase-OTDR的分布式聲學測量是使用單一波長λm的聲學測量。

2.如上述權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，基于Phase-OTDR的分布式光纖溫度傳感器利用溫度緩慢變化的特性進行信號處理，基于Phase-OTDR的分布式光纖聲學傳感器利用聲信號快速變化的特性進行信號處理。

3.如上述權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，包括脈沖光發生裝置，所述光源為窄帶光源，所述脈沖光發生裝置將所述光源發出的光調制成窄帶脈沖光輸入至所述光纖中。

4.如上述權利要求3所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，對所述窄帶脈沖光的波長進行緩慢，階梯式且周期性地調制，在每一個長周期內，每隔一段時間階梯式改變一次所述脈沖光的波長，每一個長周期的波長以相同的調制方式一個周期重復。

5.如上述權利要求3所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，所述光源為半導體激光光源或者光纖激光器，對窄帶脈沖光的波長調制是對所述激光光源進行的直接調制，或者在外部使用聲光調制器進行的調制。

6.如上述權利要求3所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，所述分布式光纖溫度傳感器、和分布式光纖聲學傳感器接收從所述光纖中反射回來的瑞利散射信號，當管道泄漏時，在所述光纖受到溫度變化以及漏孔噪聲的干擾下接收到的所述瑞利散射信號發生變化，通過分析反射回來的瑞利散射信號進而分別測量溫度信號以及聲信號。

7.如上述權利要求6所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于，還包括頻譜儀，通過對上述脈沖光中的每一個單一波長的返回的瑞利散射光強直接進行頻譜分析或者對返回的瑞利散射信號進行相位解調然后分析相位的頻譜，從而獲取聲信號；通過分析一個長周期內包含不同波長的反射信號，從而獲得溫度信號。

8.一種如權利要求1～7任一項所述的分布式光纖傳感系統的波長調制方法，其特征在于，利用基于Phase-OTDR的分布式光纖溫度傳感器、和基于Phase-OTDR的分布式光纖聲學傳感器，對所述分布式光纖溫度傳感器和分布式光纖聲學傳感器的波長進行調制，在每一個Δt時間內，將所述分布式光纖傳感系統的脈沖光波長維持為同一個波長λm，m取值為1,2,…,n的正整數，開始進行調制時，在Δt時間內，將輸出的脈沖光波長維持在某一波長λ1，在一個長周期T內，脈沖光依次經歷n個不同波長λ1～λn，n為大于1的正整數，其中，每個波長λm持續時間均為Δt。

9.一種利用如權利要求1～7任一項所述的分布式光纖傳感系統的基于Phase-OTDR的分布式光纖傳感方法，其特征在于，利用基于Phase-OTDR的分布式光纖溫度傳感器、和基于Phase-OTDR的分布式光纖聲學傳感器同時得到溫度信號和聲信號，其中，對所述分布式光纖溫度傳感器和分布式光纖聲學傳感器的波長進行調制，在波長調制中，在每一個Δt時間內，將脈沖光波長維持為同一個波長λm，m取值為1,2,…,n的正整數，在一個長周期T內，脈沖光依次經歷n個不同波長λ1～λn，n為大于1的正整數，其中，每個波長λm持續時間均為Δt，聲信號通過在每個波長λm的短時間Δt內進行傅里葉變換獲得，溫度信號通過在每個長周期T內測量波長的位移而得到。