【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用光纤中的自发布里渊散射效应进行温度和/或应力监测的分布式光纤传感方法和装置,属于传感
技术介绍
单频光脉冲在光纤中传输会产生自发布里渊散射光,其中一部分会沿光纤返回,该部分布里渊信号称为背向布里渊散射信号。布里渊信号呈洛伦兹形,在普通单模光纤中其3dB带宽为35MHz左右,频谱持续范围大于200MHz,因此布里渊散射信号也称为布里渊散射谱。光纤中的布里渊散射谱对光纤上散射位置处的温度和应力敏感,而且,温度和应力的变化会引起布里渊散射谱中心频率线性地移动,于是通过测量布里渊散射谱中心频率的变化量就可以间接地推断出光纤中散射位置处承受的温度和/或应力大小。布里渊光时域反射仪就是利用自发布里渊散射效应和光时域反射技术来对被测光纤沿线所处的温度和应力进行分布式测量的重要装置。布里渊散射谱反映散射位置处的温度和应力信息,而光时域反射技术实现对散射点的定位。布里渊光时域反射仪实现对光纤沿线温度和应力的分布式测量的过程是这样的:首先将单频的探测光脉冲注入到被测光纤,探测光脉冲在被测光纤中传输的同时,其与被测光纤作用产生的背向布里渊散射信号沿光纤返回并与一单频本振光混合,二者相干后经光电探测器将布里渊谱转变成电频谱,而布里渊散射信号返回光纤入射端的时间对应散射点的位置;接着,利用扫频的方法提取布里渊电频谱中一些离散的频率点对应的光时域反射曲线;扫频方案使用频率可调的微波信号与布里渊电频谱相作用,从而提取出该频率点处的功率信息;最后,通过对所有的离散频率点对应的光时域反射曲线进行数据拟合就可以得到各个散射位置处的布里渊散射谱,于是通过相应算法找 ...
【技术保护点】
一种基于并行数据处理技术的布里渊光时域反射仪的方法,其特征在于,所述方法包括:?将单频探测光脉冲注入到被测光纤,其在被测光纤中产生的自发布里渊散射信号沿光纤返回与一路单频本振光混合后经光电探测器将布里渊散射光谱转变为布里渊电频谱;?利用高速数据采集硬件采集整个布里渊电频谱;?利用多通道数据并行处理技术快速提取出数字布里渊电频谱信号中各个离散频率通道对应的功率,每个频率通道对应一条探测曲线;?通过数据拟合算法得到布里渊谱的中心频率,对比被测光纤初始状态下布里渊谱的中心频率,计算出被测光纤沿线温度和/或应力信息。
【技术特征摘要】
1.一种基于并行数据处理技术的布里渊光时域反射仪的方法,其特征在于,所述方法包括: 将单频探测光脉冲注入到被测光纤,其在被测光纤中产生的自发布里渊散射信号沿光纤返回与一路单频本振光混合后经光电探测器将布里渊散射光谱转变为布里渊电频谱;利用高速数据采集硬件采集整个布里渊电频谱; 利用多通道数据并行处理技术快速提取出数字布里渊电频谱信号中各个离散频率通道对应的功率,每个频率通道对应一条探测曲线; 通过数据拟合算法得到布里渊谱的中心频率,对比被测光纤初始状态下布里渊谱的中心频率,计算出被测光纤沿线温度和/或应力信息。2.根据权利要求1所述的基于并行数据处理技术的布里渊光时域反射仪的方法,其特征在于,所述方法包括: 将单频探测光脉冲注入到被测光纤,其在被测光纤中产生的自发布里渊散射信号沿光纤返回与一路单频本振光混合后经光电探测器将布里渊散射光谱转变为布里渊电频谱;使用高速数据采集卡实现高速数据采集,其采样率大于500Msps,采集得到的数据传输给计算机; 利用程序设计语言,设计多通道数字带通滤波器将布里渊电频谱划分成多个离散的频率通道,再通过数字下变频和数字低通滤波提取出各个频率通道的信号功率,得到关于布里渊谱频率、功率和位置信息的三维探测曲线; 通过数据拟合算法得到布里渊谱的中心频率,对比被测光纤初始状态下布里渊谱的中心频率,计算出被测光纤沿线温度和/或应力信息。3.根据权利要求1所述的基于并行数据处理技术的布里渊光时域反射仪的方法,其特征在于,所述方法包括: 将单频探测光脉冲注入到被测光纤,其在被测光纤中产生的自发布里渊散射信号沿光纤返回与一路单频本振光混合后经光电探测器将布里渊散射光谱转变为布里渊电频谱; 利用基于FPGA的信号处理电路实现对布里渊电频谱的高速数据采集、传输和多频率通道数据的并行处理; 基于FPGA的信号处理电路中高速数据采集单元的采样率大于500Msps,采集得到的数据传输给FPGA处理; 在FPGA中编程,设计多通道数字带通滤波器将布里渊电频谱划分成多个离散的频率通道,再通过数字下变频和数字低通滤波提取出各个频率通道的信号功率,得到关于布里渊谱频率、功率和位置信息的三维探测曲线; 通过数据拟合算法得到布里渊谱的中心频率,对比被测光纤初始状态下布里渊谱的中心频率,计算出被测光纤沿线温度和/或应力信息。4.一种基于并行数据处理技术的布里渊光时域反射仪的装置,其特征在于,所述装置包括: 光源模块,它分两部分,一路用作探测光,一路用作本振光; 单频探测光进入光脉冲调制模块被调制成探测光脉冲,单频本振光直接接入相干探测模块; 调制模块,它由光脉冲调制器及其驱动电路构成,将连续的探测光调制成光脉冲;光放大模块,它选用光放大器提升探测光脉冲的功率; 相干探测模块,它由一个50/50的X型耦合器和光电探测器组成。探测光脉冲在被测光纤中的背向自发布里渊散射光沿光纤返回进入50/50的X型稱合器的一输入端,而本振光接入此耦合器的另一输入端,二者在相干探测模块混合并经光电探测器输出布里渊电频谱; 电信号放大模块,它选用低噪声放大器,对光电探测器输出的电信号进行放大以便高速数据采集模块精确采集数据; 并行数据处理模块,它由多个...
【专利技术属性】
技术研发人员:吕立冬,梁云,李炳林,郭经红,
申请(专利权)人:中国电力科学研究院,国家电网公司,
类型:发明
国别省市:
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