[发明专利]分布式光纤传感系统的参数测量装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力系统的参数测量技术领域，特别涉及一种分布式光纤传感系统的参数测量装置。

【背景技术】

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。

分布式光纤测量系统能够实现多点、在线的分布式测量，其利用光纤既可感知参数信息又可传输参数信息，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。

在分布式光纤参数测量技术中，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10.8GHz～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：(1)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光纤传感系统示意图，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υ_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：(1)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；(2)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高。

【发明内容】

针对上述问题，本发明提供一种分布式光纤传感系统的参数测量装置，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。

本发明提供的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；

其中基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感系统包括激光器、耦合器、第一电光调制器、第二电光调制器、脉冲/随机序列发生器、环形器和作为传感光纤的单模光纤；