本发明专利技术公开的双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置，包括基于BOTDA技术的分布式光纤传感系统，光OFDM信号发生模块，OFDM检测模块和信号处理模块；其中所述分布式光纤传感系统包括第一激光器和第二激光器、第一光耦合器、第一电光调制器和第二电光调制器、第一放大器和第二放大器、脉冲/随机序列发生器、环形器和作为传感光纤的单模光纤；所述光OFDM发生模块包括OFDM信号发生器、数模转换模块和驱动模块；本发明专利技术能够提高测量时间和精度，扩大测量的动态范围，提升分布式传感系统的可靠性和实时性，且适合长距离分布式光纤传感系统的参数测量。
【技术实现步骤摘要】
双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置
本专利技术涉及光纤的测量
，特别涉及一种双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置。
技术介绍
在电力系统中，经常会需要对电缆、风电设备等长期暴露在大气中的设备的某些参数进行在线监测，例如，高温、火灾是影响电力系统安全运行的常见事故。所以温度在线监测的质量是影响电力系统安全运行中很重要的一个方面，如果能在安全事故发生早期通过温度测量进行预警并迅速采取措施，就能有效避免此类安全事故。传统的测温方法是将点式感温元件如热电偶装在电缆或电力系统重要部位进行测温，或使用光纤光栅和准分布式测量的方法进行测温。但是这些测温方法只能对电力系统局部位置进行测温，而无法对整个电力系统实现温度在线监测，且在经济性和实用性方面都有一定的缺陷。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量。分布式光纤测温系统利用光纤即可感知温度信息又可传输温度信息，具有耐高温、防电磁辐射、高带宽等特点，从而大幅提升了温度分辨率和空间分辨率，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸等事故应急不备的问题。在电力系统中，在高压电力电缆、电气设备因接触不良易产生发热的部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合，这种光纤传感技术具有广泛应用前景。在分 布式光纤测温技术中，主要有基于拉曼散射的分布式光纤传感技术、基于布里渊光时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤传感技术和基于布里渊光时域分析(BOTDA)技术的分布式光纤传感技术。在基于BOTDA技术的分布式光纤且采用直接检测方法获取布里渊频移的技术中，如图1所示，从光纤的两端分别注入一脉冲光(泵浦光)与一连续光(探测光)在光纤的铺设路径上，由于温度、应力等参数不同，相同波长的泵浦光激发的布里渊散射频移也不同。当泵浦光与探测光的频率差与布里渊频移相等时，两束光之间发生能量转移，布里渊波长上的光就会被放大，即在该位置产生了布里渊放大效应。当对一个激光波长进行扫描时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光功率，就可以确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差。由于布里渊频移与温度、应力等参数呈线性关系，因此，对激光器的频率进行连续调节的时候，就可以得到需要测量的各种信息，实现分布式测量。实际运用中可以采用电光调制器对探测光或者泵浦光的频率在布里渊频移波段(约为10.SGHz 11.1GHz)进行扫描，以绘制布里渊增益/损耗谱。可是该技术存在以下问题:⑴光源稳频要求高；(2)由于需要分析点数非常多，为提高测试灵敏度，需要多次平均，因此测试时间非常长；(3)增益型传感方式会引起泵浦光能量急剧降低，难以实现长距离检测。在基于微波外调制的损耗型BOTDA分布式光纤传感技术中，参考图2所示的基于微波外调制的损耗型BOTDA分布式光纤传感技术的微波外调制BOTDA光纤传感系统不意图，基于微波外调制的BOTDA系统只需要一个激光器作为光源，将激光器输出光分成两路，通过调节探测光调制信号的频率实现对被测光纤区域的扫描，以此确定布里渊频移的改变量并获得温度、应力等参数的传感信息。损耗型是指连续探测光频率高于脉冲光频率，探测光的能量向脉冲光转移，这种传感方式使脉冲光能量升高，不存在泵浦耗尽现象，从而能实现长距离的检测。参考图2所不的基于微波外调制的损耗型BOTDA分布式光纤传感技术的微波外调制BOTDA光纤传感系统示意图，系统基本原理:在传感光纤两端分别入射短脉冲光与连续探测光，当两者的频率差与光纤中某区域的布里渊频移u B相等时，则在该区域就会产生受激布里渊散射(SBS)放大效应，两光束之间发生能量转移。由于布里渊频移与需要测量的参数存在线性关系，因此，在对激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的探测光，就可以确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差。从而得到传感光纤上需测量参数的信息，实现分布式测量。基于微波外调制的损耗型BOTDA分布式光纤传感技术主要有以下技术缺陷:(I)单端方案不能实现远距离传感；(2)为提高测量精度，需要测量多个频点，多次平均，因此测量时间较长；(3)该方案因为要对大量实验数据进行统计分析，对实验设备及环境要求很闻。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种双边带分布式光纤传感系统的测量装置，能够提高测量时间和精度，扩大测量的动态范围，提升分布式传感系统的可靠性和实时性，且适合长距离分布式光纤传感系统的参数测量。本专利技术提供的双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置，包括基于BOTDA技术的分布式光纤传感系统，光OFDM信号发生模块，OFDM检测模块和信号处理模块；其中所述分布式光纤传感系统包括第一激光器和第二激光器、第一光稱合器、第一电光调制器和第二电光调制器、第一放大器和第二放大器、脉冲/随机序列发生器、环形器和作为传感光纤的单模光纤；所述光OFDM发生模块包括OFDM信号发生器、数模转换模块和驱动模块；所述第一光耦合器将所述第一激光器的激光分成两束，一束进入所述第一电光调制器，所述第一电光调制器将该束激光和脉冲/随机序列发生器产生的电信号进行脉冲或者随机序列调制后作为泵浦光经过所述第一放大器放大，进入所述单模光纤；所述OFDM信号发生器产生的OFDM信号通过数模转换模块转换成模拟信号，所述驱动模块驱动所述第二电光调制器将所述模拟信号和所述第二激光器产生的激光进行光OFDM调制，经过所述第二放大器放大后作为探测光进入所述单模光纤，并且经历布里渊增益，所述第一激光器的另一束激光作为载波与布里渊增益后的所述探测光一起耦合进入所述OFDM检测模块，处理后获得布里渊频移，所述处理模块将估计得出的布里渊频移转化为所测量的参数值。作为一个实施例，所述第一放大器和所述第二放大器为掺饵放大器。作为一个实施例， 所述OFDM检测模块包括光电检测器、滤波模块、第二光稱合器、模数转换模块和信道估计模块；所述环形器输出的探测光经过滤波模块滤除噪声后，与所述第一激光器的另一束作为本振光载波的激光一起通过第二耦合器耦合进入所述光电检测器后，所述光电检测器进行光电转换得到接收OFDM电信号，然后经过所述模数转换模块转换为OFDM数字信号，通过信道估计模块获得布里渊频移。作为一个实施例，所述滤波模块为光滤波器。作为一个实施例，所述OFDM检测模块包括光滤波器、相干接收机、模数转换模块和信道估计模块；所述相干接收机的本振信号来自第一激光器401，然后信道估计模块通过OFDM训练序列获得所述第二激光器与所述第一激光器的频偏，进行信道估计布里渊增益谱得到布里渊频移；所述光滤波器用于滤除噪声。使用本专利技术相比较于现有技术，解决了现有技术的测量精度低的问题，也可以解决现有技术测量范围受限制的问题，进一步解决了现有技术测量结果的单一性问题。由于本专利技术使用双边带分布式光纤传感系统取代现有技术中单端方案，因此应用于长距离分布式温度光纤传感。此外，在本专利技术采用光OFDM信号取代单束激光作为BOTDA系统中的探测光，其可以大大的增加扫描速度，一次性完成多个频点的扫描，从而解决了现有技术单点单频扫描速度慢和单频扫描精度不高的缺点；可以大大提高测量动态范围。本专利技术可简化传统方式中的平均过程，降低系统计算复杂度，减少检测时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置，其特征在于，包括基于BOTDA技术的分布式光纤传感系统，光OFDM信号发生模块，OFDM检测模块和信号处理模块；其中所述分布式光纤传感系统包括第一激光器和第二激光器、第一光耦合器、第一电光调制器和第二电光调制器、第一放大器和第二放大器、脉冲/随机序列发生器、环形器和作为传感光纤的单模光纤；所述光OFDM发生模块包括OFDM信号发生器、数模转换模块和驱动模块；所述第一光耦合器将所述第一激光器的激光分成两束，一束进入所述第一电光调制器，所述第一电光调制器将该束激光和脉冲/随机序列发生器产生的电信号进行脉冲或者随机序列调制后作为泵浦光经过所述第一放大器放大，进入所述单模光纤；所述OFDM信号发生器产生的OFDM信号通过数模转换模块转换成模拟信号，所述驱动模块驱动所述第二电光调制器将所述模拟信号和所述第二激光器产生的激光进行光OFDM调制，经过所述第二放大器放大后作为探测光进入所述单模光纤，并且经历布里渊增益，所述第一激光器的另一束激光作为载波与布里渊增益后的所述探测光一起耦合进入所述OFDM检测模块，处理后获得布里渊频移，所述处理模块将估计得出的布里渊频移转化为所测量的参数值。...
【技术特征摘要】
1.一种双边带分布式光纤传感系统的参数测量装置，其特征在于，包括基于BOTDA技术的分布式光纤传感系统，光OFDM信号发生模块，OFDM检测模块和信号处理模块；其中所述分布式光纤传感系统包括第一激光器和第二激光器、第一光稱合器、第一电光调制器和第二电光调制器、第一放大器和第二放大器、脉冲/随机序列发生器、环形器和作为传感光纤的单模光纤； 所述光OFDM发生模块包括OFDM信号发生器、数模转换模块和驱动模块； 所述第一光稱合器将所述第一激光器的激光分成两束，一束进入所述第一电光调制器，所述第一电光调制器将该束激光和脉冲/随机序列发生器产生的电信号进行脉冲或者随机序列调制后作为泵浦光经过所述第一放大器放大，进入所述单模光纤； 所述OFDM信号发生器产生的OFDM信号通过数模转换模块转换成模拟信号，所述驱动模块驱动所述第二电光调制器将所述模拟信号和所述第二激光器产生的激光进行光OFDM调制，经过所述第二放大器放大后作为探测光进入所述单模光纤，并且经历布里渊增益，所述第一激光器的另一束激光作为载波与布里渊增益后的所述探测光一起耦合进入所述OFDM检测模块，处理后获得布里渊频移，所述处理模块将估计得出的布里渊频移转...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟坚，吴赞红，蒋康明，张飞，邹冬超，何杰，林斌，冯超，黄燕新，
申请(专利权)人：广东电网公司电力调度控制中心， 广东电网公司清远供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44
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