基于φ‑OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于*光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置
本专利技术涉及分布式光纤传感器
，尤其涉及一种基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置。
技术介绍
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)、本质安全以及传感光纤全天候大范围监测的优势。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。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、可连续定位以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、通信线路监测以及大型结构监测。传统OTDR(OpticalTimeDomainReflectometry，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以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，以及待测物理量随着时间t的变化。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以确保测量精度。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，所以基于传统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，仅从时域难以实现合理设置报警阈值的最优化，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。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法和装置，以实现提高基于光纤分布式扰动传感器的扰动报警的准确率。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，包括：光电探测器接收基于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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果；根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果；综合所述时域扰动判断结果、空间阈扰动判断结果空间阈，得到所述基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果。优选地，所述的光电探测器接收基于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：所述基于光纤分布式扰动传感器的空间分辨率Δz的计算公式如下：Δz＝cTP/2n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；所述基于光纤分布式扰动传感器的防区的数量N的计算公式为：N＝[L/Δz]+1个防区所述L为所述基于光纤分布式扰动传感器的安防周界。优选地，所述的光电探测器接收基于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：在无扰动发生的静态条件下，设置所述基于光纤分布式扰动传感器的时域判断阈值和空间阈判断阈值。优选地，所述的光电探测器接收基于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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果，包括：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，用掺铒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；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；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ΔI＝|It2-It1|，将所述ΔI与设定的时域判断阈值Ith进行比较，当ΔI≥Ith，则确定时域扰动判断结果为有扰动；当ΔI<Ith，则确定时域扰动判断结果为没有扰动。优选地，根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果，包括：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It1N、第N+1防区光强It1N+1，所述第二探测时刻的第N防区的后向瑞利散射光的光强It2N、第N+1防区光强It2N+1，并计算ΔI’＝||It2N+1-It2N|-|It1N+1-It1N||；所述计算机将所述ΔI’与设定的空间域判断阈值I’th进行比较，当ΔI’≥I’th，则确定空间域扰动判断结果为有扰动；当ΔI’<I’th，则确定空间域扰动判断结果为没有扰动。优选地，所述的综合所述时域扰动判断结果、空间阈扰动判断结果空间阈，得到所述基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果，包括：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，则确定所述基于光纤分布式扰动传感器没有扰动；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，则确定所述基于光纤分布式扰动传感器有扰动。根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于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；所述的光电探测器，用于和所述计算机、环形器连接，通过所述环形器接收所述环形器传感光纤产生的后向瑞利散射光，将接收到的后向瑞利散射光传输给所述计算机；所述的计算机，用于将第一探测时刻、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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果；根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果；综合所述时域扰动判断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，包括：光电探测器接收基于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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果；根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果；综合所述时域扰动判断结果、空间阈扰动判断结果空间阈，得到所述基于光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，包括：光电探测器接收基于-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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果；根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果；综合所述时域扰动判断结果、空间阈扰动判断结果，得到所述基于OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断结果。2.根据权利要求1所述的基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，所述的光电探测器接收基于-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：所述基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的空间分辨率Δz的计算公式如下：Δz＝cTP/2n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；所述基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的防区的数量N的计算公式为：N＝[L/Δz]+1个防区所述L为所述基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的安防周界。3.根据权利要求1所述的基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，所述的光电探测器接收基于-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：在无扰动发生的静态条件下，设置所述基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的时域判断阈值和空间阈判断阈值。4.根据权利要求1或2或3所述的基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，所述的光电探测器接收基于-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阈值进行比较，得到时域扰动判断结果，包括：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，用掺铒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；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；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ΔI＝|It2-It1|，将所述ΔI与设定的时域判断阈值Ith进行比较，当ΔI≥Ith，则确定时域扰动判断结果为有扰动；当ΔI<Ith，则确定时域扰动判断结果为没有扰动。5.根据权利要求4所述的基于-OTDR光纤分布式扰动传感器的扰动判断方法，其特征在于，根据所述第一探测时刻的第N防区和第N+1防区的后向瑞利散射光的光强、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阈判断阈值，得到空间阈扰动判断结果，包括：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It...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁生，刘腾飞，盛新志，娄淑琴，王鹏，张颜，刘子豪，张康宁，段紫雯，邢逸舟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11