[發(fā)明專利]瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110361532.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113008310A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍;宋樹祥;夏海英;黃健;黎標(biāo)幸;周龍;徐隆
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01D5/353
• 代理公司: 桂林文必達(dá)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 白洪

本發(fā)明公開了一種瑞利?拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法，利用窄線寬激光器作為光源，開關(guān)型半導(dǎo)體光放大器進(jìn)行脈沖調(diào)制，利用采樣率的相同的光電轉(zhuǎn)換和采集卡同時(shí)接收后向瑞利信號和后向拉曼信號，利用變時(shí)延脈沖對進(jìn)行探測，對后向瑞利散射光平移對齊后進(jìn)行后續(xù)處理，而后向拉曼散射光通過交叉重組、平滑降噪及解卷積計(jì)算后達(dá)到采樣率的提升，最后再通過脈沖對的溫度曲線重建溫度場，實(shí)現(xiàn)融合系統(tǒng)溫度測量空間分辨率的提升，硬件高度融合的，主要技術(shù)指標(biāo)不受影響，可實(shí)現(xiàn)普通單模光纖分布式振動溫度同時(shí)監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感技術(shù)以其連續(xù)多點(diǎn)檢測、監(jiān)測距離長、安裝簡便等特點(diǎn)，特別適合于油、氣、水、電、網(wǎng)等埋地管道的安全監(jiān)測，目前一般利用相位敏感光時(shí)域反射計(jì)探測沿埋地管道鋪設(shè)光纜沿線上的振動信號，對管道附近的機(jī)械施工和人為破壞等事件進(jìn)行準(zhǔn)確定位和預(yù)警，及時(shí)將可能造成的泄露事故防范在萌芽之中。

在實(shí)際事故發(fā)生時(shí)總是產(chǎn)生多個(gè)物理參量的同時(shí)變化，因此僅對單個(gè)物理量的檢測難以對事件進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)警或定位，所以可以實(shí)現(xiàn)分布式振動溫度同時(shí)監(jiān)測非常有意義。目前已有的融合系統(tǒng)的方法要不就是利用多芯光纖實(shí)現(xiàn)，要不就是融合系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)重劣化，不能實(shí)現(xiàn)普通單模光纖分布式振動溫度同時(shí)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)普通單模光纖分布式振動溫度同時(shí)監(jiān)測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)，所述瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)包括窄線寬激光器、開關(guān)型半導(dǎo)體光放大器、摻鉺光纖放大器、光纖環(huán)形器、波分復(fù)用器、校準(zhǔn)組件、傳感光纜、多級放大電路、多通道采集卡和工控機(jī)，所述窄線寬激光器、所述開關(guān)型半導(dǎo)體光放大器、所述摻鉺光纖放大器、所述光纖環(huán)形器、所述波分復(fù)用器、所述校準(zhǔn)組件和所述傳感光纜依次連接，所述多級放大電路與所述光纖環(huán)形器和所述波分復(fù)用器連接，所述多級放大電路、所述多通道采集卡和所述工控機(jī)依次連接。

其中，所述瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)還包括脈沖寬度及時(shí)延控制模塊，所述脈沖寬度及時(shí)延控制模塊分別與所述開關(guān)型半導(dǎo)體光放大器和所述多通道采集卡連接。

其中，所述校準(zhǔn)組件包括校準(zhǔn)光纖和熱敏電阻，所述校準(zhǔn)光纖與所述波分復(fù)用器和所述傳感光纜連接，所述熱敏電阻與所述工控機(jī)連接。

其中，所述光纖環(huán)形器具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口與所述摻鉺光纖放大器連接，所述第二端口與所述波分復(fù)用器連接，所述第三端口與所述多級放大電路連接。

其中，所述波分復(fù)用器具有第四端口和第五端口，所述第四端口和所述第五端口均與所述多級放大電路連接。

第二方面，本發(fā)明提供了一種瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，適用于如第一方面所述的瑞利-拉曼融合型分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括以下步驟：

通過脈沖寬度及時(shí)延控制模塊驅(qū)動開關(guān)型半導(dǎo)體光放大器產(chǎn)生不同時(shí)延的脈沖對，直至多組脈沖對發(fā)射完成后，進(jìn)入傳感光纜產(chǎn)生后向瑞利散射光和后向拉曼散射光；

在得到所述后向瑞利散射光后，將各組脈沖對進(jìn)行對應(yīng)的時(shí)延平移對齊，并對得到了的兩組原始數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行降噪處理，然后進(jìn)行擾動波形疊加，并利用合并后的擾動波形進(jìn)行告警；

在得到所述后向拉曼散射光后，將多組所述后向拉曼散射光交叉重組、平滑降噪及解卷積計(jì)算，并利用脈沖寬度對通過溫度解調(diào)得到的溫度曲線進(jìn)行重建。