基于φ-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置的制造方法

文档序号:9248104阅读:512来源:国知局
基于φ-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及分布式光纤传感器技术领域,尤其设及一种基于CP-OTDR光纤分布式 扰动传感器的扰动判断方法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着物联网的迅速发展,传感技术已经成为目前重要的信息科学技术研究领域热 点之一。光纤传感技术是一种伴随光纤通信技术的进步而迅速发展起来的新型传感技术, 具有测量灵敏度高、电绝缘性好、耐腐蚀抗电磁干扰、多餐量测量(扰动、温度、应力应变 等)、本质安全W及传感光纤全天候大范围监测的优势。
[0003] 分布式光纤传感器,集传感与传输于一体,将单根光纤既作为光信号的传输介质, 又作为传感介质,传感距离通常可达数十公里甚至上百公里,可实现连续测量光纤沿线的 多种外部参量。分布式传感技术除了具有光纤传感技术的优点外,还有容量大、分辨率高、 监测距离长、容易构成智能传感网络等不可替代的优越性,已被广泛应用于国防军事民生 等领域,如边境线、航空航天、测试计量、能源环保、电力线路、医药卫生、大型基础设施(油 气管道、桥梁建筑等)结构健康。
[0004] 光纤分布式扰动传感器能够对传感光纤上任意一点扰动进行探测和定位,凭借其 监测距离长、可连续定位W及无需外场供电等重要技术优势,广泛应用于周界安防、油气管 线预警、通信线路监测W及大型结构监测。
[0005]传统OTDR(Optical Time Domain Reflectometry,光时域反射计)主要用来监控 光纤通讯线路中的损耗和断点,具有集通信与传感功能于一体、监测距离长无需复杂施工 和外场供电硬件成本低等优点,对于信息安全有重要意义。OTDR的基本原理如图1所示,将 大功率的光脉冲注入到传感光纤中,并在光脉冲的入射端监测沿着光纤轴向返回的后向瑞 利散射光波的强度。后向瑞利散射的光强和散射点的入射光功率成正比关系,同时和散射 点光纤的物理状态有关,因此通过监测沿着光纤轴向返回的后向瑞利散射光强就可W获得 光波沿着传感光纤的传输损耗情况,从而得到待测物理量沿着传感光纤长度Z的分布,W 及待测物理量随着时间t的变化。
[0006] 由于后向瑞利散射光波的光强非常地微弱,为了提高系统的灵敏度通常需要对后 向瑞利散射光强进行多次的平均,在平均过程中,光纤的状态需要保持不变W确保测量精 度。
[0007] 上述传统OTDR的缺点为;只能够探测到光强的变化,只能检测静态的引起光功率 较大损耗的应力作用位置。基于传统OTDR的光纤分布式扰动传感器的待测物理量为时变 信号,所W基于传统OTDR的分布式扰动传感器不适用于频率较高的扰动传感,限制了它在 实际中的应用。并且,仅从时域难W实现合理设置报警阔值的最优化,导致误报漏报行为经 常发生。此外,基于传统OTDR的分布式光纤扰动传感仅限于对光纤通讯网络中光纤链路的 损耗和缺陷进行探测,属于低灵敏度传感,而不能对一些外界扰动信息(如温度、扰动)进 行高灵敏度、高精度传感探测,实现真正意义上的分布式光纤传感技术。

【发明内容】

[000引本发明的实施例提供了一种基于<p-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方 法和装置,W实现提高基于q> -OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动报警的准确率。
[0009] 为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。
[0010] 根据本发明的一个方面,提供了一种基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰 动判断方法,包括:
[0011] 光电探测器接收基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的传感光纤产生的后向瑞 利散射光,将第一探测时刻、第二探测时刻的后向瑞利散射光的光强之间的差值和设定的 时域判断阔值进行比较,得到时域扰动判断结果;
[001引根据所述第一探测时刻的第N防区和第化1防区的后向瑞利散射光的光强、所述 第二探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强和设定的空间阔判断阔 值,得到空间阔扰动判断结果;
[0013] 综合所述时域扰动判断结果、空间阔扰动判断结果空间阔,得到所述基于 巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果。
[0014] 优选地,所述的光电探测器接收基于CP-OTDR光纤分布式扰动传感器的传感光纤 产生的后向瑞利散射光之前,还包括:
[0015] 所述基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的空间分辨率AZ的计算公式如下:
[0016] Az=cTp/2n
[0017] 所述Tp为窄线宽脉冲激光器的注入脉冲的宽度,所述C为光速,所述n为传感光 纤群折射率;
[001引所述基于夺-OTIW?光纤分布式扰动传感器的防区的数量N的计算公式为:
[0019] N= [L/Az]+1 个防区
[0020] 所述L为所述基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的安防周界。
[0021] 优选地,所述的光电探测器接收基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的传感光纤 产生的后向瑞利散射光之前,还包括:
[0022] 在无扰动发生的静态条件下,设置所述基于(P-OTDR光纤分布式扰动传感器的时 域判断阔值和空间阔判断阔值。
[0023] 优选地,所述的光电探测器接收基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的传感光纤 产生的后向瑞利散射光,将第一探测时刻、第二探测时刻的后向瑞利散射光的光强之间的 差值和设定的时域判断阔值进行比较,得到时域扰动判断结果,包括:
[0024] 窄线宽脉冲激光器输出的连续光被声光调制器转换成脉冲光,用渗巧光纤放大器 对脉冲光的功率进行放大,再通过环形器将功率放大后的脉冲光注入到传感光纤中;
[0025] 将光电探测器和计算机、所述环形器连接,所述传感光纤产生的后向瑞利散射光 经所述环形器被所述光电探测器接收,所述光电探测器将接收到的后向瑞利散射光传输给 所述计算机;
[0026] 所述计算机计算出所述第一探测时刻、第二探测时刻的后向瑞利散射光的光强之 间的差值AI= I,将所述AI与设定的时域判断阔值Ith进行比较,当AI>Ith, 则确定时域扰动判断结果为有扰动;当AKIth,则确定时域扰动判断结果为没有扰动。
[0027] 优选地,根据所述第一探测时刻的第N防区和第化1防区的后向瑞利散射光的光 强、所述第二探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强和设定的空间阔 判断阔值,得到空间阔扰动判断结果,包括:
[002引所述光电探测器将接收到的后向瑞利散射光传输给所述计算机,所述计算机计算 出所述第一探测时刻的第N防区的后向瑞利散射光的光强1",、第化1防区光强所述 第二探测时刻的第N防区的后向瑞利散射光的光强T2w、第化1防区光强It2w+i,并计算AI' _jt2 _jt2 _jtl_jtl ~ 丄N+1丄N丄N+1丄N;
[0029] 所述计算机将所述AI'与设定的空间域判断阔值I'th进行比较,当AI' >I'th, 则确定空间域扰动判断结果为有扰动;当AI'<I'th,则确定空间域扰动判断结果为没有扰 动。
[0030] 优选地,所述的综合所述时域扰动判断结果、空间阔扰动判断结果空间阔,得到所 述基于巧-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果,包括;
[003U 当所述时域扰动判断结果为没有扰动、所述空间域扰动判断结果为没有扰动,贝U 确定所述基于<P-OTIW光纤分布式扰动传感器没有扰动;
[0032] 当所述时域扰动判断结果为有扰动或者所述空间域扰动判断结果为有扰动,则确 定所述基于<P-OTDR;光纤分布式扰动传感器有扰动。
[0033] 根据本发明的另一方面,提供了一种基于(P-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰 动判断装置,包括:光电探测器,计算机;
[0034] 所述的光电探测器,用于和所述计算
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