[發明專利]一種長距光纖方式的海纜監測溫度應變分離方法

在審

• 申請號: 202210577796.1
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN115096471A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 張磊;姜貞強;楊帆;周胡;陸艷艷;何正旭;曾茹
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01K11/322
• 分類號: G01K11/322;G01K1/14;G01L1/24
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明提供了一種長距光纖方式的海纜監測溫度應變分離方法，將海纜分為登陸段、平坦段、升壓站段，在BOTDA測量溫度和應變的共同變化量的基礎上，登陸段和升壓站段增加使用基于ROTDR原理的DTS設備進行海纜溫度測量，完成溫度和應變的物理分離；平坦段首先將基于ROTDR原理的DTS設備測得的進入平坦段的海纜溫度作為溫度基線，然后將點式布里淵頻移變化作為海纜絕緣不良產生的溫度變化，段式變化布里淵頻移變化作為外力引起的應變變化，完成溫度和應變的判斷分離。本發明在海纜監測系統應用中實現溫度和應力的分離，給出相應的海纜銅芯溫度和外力影響引起的應力變化值，提高海纜在線監測性能。

技術領域

本發明針對分布式光纖海纜監測系統，尤其涉及一種長距光纖方式的海纜監測溫度應變分離方法。

背景技術

海底電纜敷設在海底，其運行環境較惡劣，受漁業、石油業及海底地質條件的影響，使得海底電纜可能發生應變類的機械故障。同時，海底電纜絕緣的老化也會引發局部放電，可能引起故障位置的溫度升高。目前，海底電纜多采用復合光纖作為傳感元器件，對海底電纜溫度、擾動和應變等信息進行監測?；谑芗げ祭餃Y散射原理的布里淵光時域反射(BOTDR)和布里淵光時域分析(BOTDA)等分布式光纖傳感技術可以同時測量海纜的溫度和應變變化，因此受到了廣泛的關注。然而由于布里淵散射光的頻移與應變和溫度均有線性關系，溫度和應變的交叉敏感性使得海纜的溫度和應變信息難以同時解調，限制其傳感應用。因此如何將溫度和應變分離得到了許多關注。

目前常見的溫度應變分離方法主要有如下幾種：一是增加一根松弛狀態的光纖作為參考光纖來獨立測量溫度，再和緊套光纖測得的溫度和應變信息相結合實現溫度應變分離；二是將布里淵頻移和布里淵光強度相結合，聯立方程解調溫度和應變；三是采用特殊設計的光纖中存在的多個布里淵峰不同的溫度應變系數，聯立方程解調溫度和應變；四是將布里淵散射和拉曼散射相結合，利用拉曼散射的應變不敏感特性來測量溫度實現溫度應變分離。但是上述方法中方法一和三需要特殊敷設的光纜，限制了實際工程應用；方法一和四則受限于信噪比問題，不適用長距離的場景。

因此急需一種適用于長距離海纜的溫度應變分離策略，以能夠有效地實現溫度和應變的同時測量，提高海纜在線監測性能。

發明內容

如前所述，本發明的目的就是提供一種長距離海纜監測溫度應變分離方法，以能夠有效地分離溫度和應變，提高海纜在線監測性能。為此，本發明采用以下技術方案：

一種長距光纖方式的海纜監測溫度應變分離方法，其特征在于將敷設后的海纜分為不同海纜段，不同海纜段使用不同的方法進行溫度應力分離，對于其中的登陸段和升壓站段，由于兩者距離都比較短，在BOTDA測量溫度和應變的共同變化量的基礎上，增加使用基于ROTDR的DTS設備進行溫度測量，用于監測這兩個區域內的海纜溫度，BOTDA和ROTDR兩者相結合即可實現溫度和應變的物理分離。

對于平坦段，由于距離較長，即使在平坦段的兩邊都加上基于ROTDR的DTS設備，也難以直接測量全部海纜段的溫度。對于平坦段海纜而言，絕緣不良產生的溫度通常表現為點式變化，外力引起的應變變化表現為段式變化，因此針對長距離海纜的平坦段溫度檢測問題采用點式變化和段式變化相結合的分離策略。在平坦段首先將基于ROTDR原理的DTS設備測得的進入平坦段的海纜溫度作為溫度基線，然后將點式布里淵頻移變化作為海纜絕緣不良產生的溫度變化，段式變化布里淵頻移變化作為外力引起的應變變化，完成溫度和應變的判斷分離。

更進一步地，對于平坦段，將基于ROTDR的DTS設備測得的已經進入平坦段的海纜溫度作為平坦段海纜的溫度基線，然后設定長度小于一定范圍的明顯布里淵頻移變化視為溫度變化，優選地，可設定為3倍空間分辨率。而大于這一長度的明顯布里淵頻移變化視為應變變化(可能是鋪設自然沉降引起)。其中，明顯布里淵頻移變化是指布里淵頻移發生顯著變化，可根據當前設備的溫度或應變精度進行界定，優選地，可設定為溫度或應變精度的3倍。