一种超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法与流程

本发明涉及光缆监测技术领域，具体涉及一种光缆温度监测的方法、中继器及通信系统。

背景技术：

在超长距离光缆系统中，监测系统的温度会是重要的，因为温度影响着光缆的传输状况和使用寿命。已知的监测温度方法包括使用拉曼相干光时域反射测定(R-COTDR) 设备和技术，但此项技术中，输入光纤的是脉冲光，其空间分辨率和信噪比、动态范围、测量时间之间存在着矛盾。

更详细的说，要提高测量的空间分辨率就必须降低脉宽，脉冲光的脉宽越窄，输入光纤的光脉冲能量就越低，测量所需的带宽也越宽，能量降低和测量带宽增加都会使系统的信噪比变差，这样测量所需的时间就会大大变长。R-COTDR采用的是连续光，这样系统的信噪比就和空间分辨率没有关系，有可能在不损失信噪比的情况下提高空间分辨率。

近年来，随着密集型波分复用技术和掺铒光纤放大器(EDFA) 技术的逐渐发展，中继技术也逐步成熟，因此可显著提高数据吞吐量，已得到了广泛应用。EDFA作为中继器的核心元件，通常要使用隔离器，以防止线路中反射光逆向放大对EDFA造成的损害，但使用隔离器会造成背向散射信号不能按沿原路返回，以至难以检测散射光信号。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法，利用一种超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法解决传统的长距离光纤组的温度测量分辨率低、信噪比损失大，且采用隔离器会造成背向散射信号不能按沿原路返回，以至难以检测散射光信号的问题。

本发明的提供的技术方案为提供一种在超长光缆中用于分布式温度测量的系统，包括第一拉曼相干光频域检测系统、第二拉曼相干光频域检测系统、上行单模光纤、下行单模光纤和中继器，所述的上行单模光纤和下行单模光纤两端分别与第一拉曼相干光频域检测系统和第二拉曼相干光频域检测系统连接；第一拉曼相干光频域检测系统和第二拉曼相干光频域检测系统的探测脉冲光在上行单模光纤与下行单模光纤的内部；所述的上行单模光纤和下行单模光纤各个分段内均安装有中继器。

所述的中继器包括第一光放大器、第二光放大器、第一环回通道和第二环回通道，所述的第一光放大器和第二光放大器通过第一环回通道和第二环回通道连接并组成环状结构。

所述的上行单模光纤和下行单模光纤为各至少包括一根以上的光纤。

其超长光缆中用于分布式温度的测量方法，包括以下步骤：

第一步、将第一拉曼相干光频域检测系统和第二拉曼相干光频域检测系统与上行单模光纤以及下行单模光纤进行连接；

第二步、将中继器安装在上行单模光纤和下行单模光纤的各个分段内；

第三步、将第一拉曼相干光频域检测系统和第二拉曼相干光频域检测系统的探测脉冲光注入到上行单模光纤和下行单模光纤；

第四步、收集上行单模光纤和下行单模光纤中的背散射拉曼光信号，以获取大量光缆正常运行下的光纤沿线每一点的温度信息，并建立原始数据档案；

第五步、根据步骤（四）所得的原始数据档案，进行数据处理，从而获取该光缆的温度监测数据的均值曲线。

所述的数据处理为长时间监测数据求平均值。

采用本发明的技术方案提供的一种在超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法，在操作上，采用拉曼相干光频域检测系统（R-COFDR），将R-COFDR与单模光纤进行连接，所述的单模光纤是光缆自带的，将R-COFDR的探测脉冲光注入到单模光纤，并收集单模光纤中的背散射拉曼光信号，以获取大量光缆正常运行下的光纤沿线每一点的温度信息，建立原始数据档案。所述R-COFDR分析原始数据档案，将长时间监测数据求平均值，以获取该光缆的温度监测数据的均值曲线。

本发明的中继器包括第一光放大器、第二光放大器、第一环回通道和第二环回通道，所述的第一光放大器和第二光放大器通过第一环回通道和第二环回通道连接并组成环状结构，所提供的中继器包含第一光放大器、第二光放大器、第一环回通道和第二环回通道，第一光放大器和第二光放大器都具有输入和输出，并且都用于对光信号的放大，第一环回通道用于将下行通路中的背向拉曼散射光引入上行通路，并通过所述第二光放大器，对光信号传输和放大，然后通过上行通路进入位于初始端的所述R-COFDR，完成对光信号的数据处理和检测。第二环回通道用于将上行通路中的背向拉曼散射光引入下行通路，并通过所述第一光放大器，对光信号传输和放大，然后通过上行通路中的多级EDFA进行逐级放大，进入位于右端的所述R-COFDR，完成对光信号的数据处理和检测，进而得出所需的温度值。

本发明的上行单模光纤和下行单模光纤为各至少包括一根以上的光纤，有分别至少一根上行单模光纤和下行单模光纤，即可组成光纤回路，更适合多根光纤组合在一起。

本发明的数据处理为长时间监测数据求平均值，平均值可以将极少数失真数据消除，从而使得测量数据更真实。

与现有技术相比，无需使用隔离器，即可能够用于存在有长中继器跨距的光缆的R-COFDR监测，分辨率高，信噪比损失小。

综上所述，利用一种超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法可以解决传统的长距离光纤组的温度测量分辨率低、信噪比损失大，且采用隔离器会造成背向散射信号不能按沿原路返回，以至难以检测散射光信号的问题。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2为本发明的中继器结构图；

附图标记说明：1、第一拉曼相干光频域检测系统，2、中继器,3、下行单模光纤，4、上行单模光纤，5、第二拉曼相干光频域检测系统，21、第一光放大器，22、第二光放大器，23、第二环回通道，24、第一环回通道。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

如图1～2所示，一种在超长光缆中用于分布式温度测量的系统，包括第一拉曼相干光频域检测系统1、第二拉曼相干光频域检测系统5、上行单模光纤4、下行单模光纤3和中继器2，上行单模光纤4和下行单模光纤3两端分别与第一拉曼相干光频域检测系统1和第二拉曼相干光频域检测系统5连接；第一拉曼相干光频域检测系统1和第二拉曼相干光频域检测系统5的探测脉冲光在上行单模光纤4与下行单模光纤3的内部；上行单模光纤4和下行单模光纤3各个分段内均安装有中继器2。

进一步的中继器2包括第一光放大器21、第二光放大器22、第一环回通道24和第二环回通道23，所述的第一光放大器21和第二光放大器22通过第一环回通道24和第二环回通道23连接并组成环状结构，所提供的中继器包含第一光放大器、第二光放大器、第一环回通道和第二环回通道，第一光放大器和第二光放大器都具有输入和输出，并且都用于对光信号的放大，第一环回通道用于将下行通路中的背向拉曼散射光引入上行通路，并通过所述第二光放大器，对光信号传输和放大，然后通过上行通路进入位于初始端的所述R-COFDR，完成对光信号的数据处理和检测。第二环回通道用于将上行通路中的背向拉曼散射光引入下行通路，并通过所述第一光放大器，对光信号传输和放大，然后通过上行通路中的多级EDFA进行逐级放大，进入位于右端的所述R-COFDR，完成对光信号的数据处理和检测，进而得出所需的温度值。

进一步的上行单模光纤4和下行单模光纤3为各至少包括一根以上的光纤，有分别至少一根上行单模光纤和下行单模光纤，即可组成光纤回路，更适合多根光纤组合在一起。

采用本发明的技术方案提供的一种在超长光缆中用于分布式温度测量的系统，按照本发明的技术方案进行各个设备和部件的连接，采用拉曼相干光频域检测系统（R-COFDR），将R-COFDR与单模光纤进行连接并将R-COFDR的探测脉冲光注入到单模光纤，将中继器按照所需进行连接。

经测试，在确认各个部件及设备均连接正常，并可以稳定运行的情况下，即可通电进行试验。试验时按照以下方法进行试验：

第一步、将第一拉曼相干光频域检测系统1和第二拉曼相干光频域检测系统5与上行单模光纤4以及下行单模光纤3进行连接；

第二步、将中继器2安装在上行单模光纤4和下行单模光纤3的各个分段内；

第三步、将第一拉曼相干光频域检测系统1和第二拉曼相干光频域检测系统5的探测脉冲光注入到上行单模光纤4和下行单模光纤3；

第四步、收集上行单模光纤4和下行单模光纤3中的背散射拉曼光信号，以获取大量光缆正常运行下的光纤沿线每一点的温度信息，并建立原始数据档案；

第五步、根据步骤（四）所得的原始数据档案，进行数据处理，从而获取该光缆的温度监测数据的均值曲线。

进一步的数据处理为长时间监测数据求平均值，平均值可以将极少数失真数据消除，从而使得测量数据更真实。

与现有技术相比，无需使用隔离器，即可能够用于存在有长中继器跨距的光缆的R-COFDR监测，分辨率高，信噪比损失小。

综上所述，利用一种超长光缆中用于分布式温度测量的系统和方法可以解决传统的长距离光纤组的温度测量分辨率低、信噪比损失大，且采用隔离器会造成背向散射信号不能按沿原路返回，以至难以检测散射光信号的问题。