[发明专利]用于提高布里渊光时域反射仪应变和温度分离精度的方法

说明书

本发明公开了一种用于提高布里渊光时域反射仪BOTDR应变和温度分离精度的方法，首先利用BOTDR得到的光纤中布里渊频移曲线和功率曲线联合解调出光纤的应变曲线和温度曲线。然后通过对温度曲线和应变曲线进行滑动平均，以减小温度曲线和应变曲线的波动。通过对温度曲线和应变曲线的对比，确定出光纤中温度、应变以及温度应变共同变化的区域。再利用布里渊频移曲线，根据各种状态对应的区域准确求出光纤中的温度、应变分布。本发明不需要增加额外的传感设备或光纤，实现方法简单，并且相对于直接利用布里渊频移和功率进行温度和应变的分离方法，不需准确标定光纤的布里渊功率‑应变系数和布里渊功率‑温度系数，同时显著提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是一种用于提高布里渊光时域反射仪BOTDR应变和温度分离精度的方法。

背景技术

光纤传感技术是从20世纪70年代发展而来的一门崭新的技术，随着光导纤维的实用化和光通信技术的发展，光纤传感技术以多元化的姿态迅猛发展。当光在光纤中传输时，由于光纤受外界扰动、温度、应变、位移等环境因素的影响，光信号的功率、频率、波长、相位、偏振态等参数会发生变化。通过检测光纤中光的这些参数，就可以获得光纤周围环境的变化信息，从而实现传感。

当一束短脉冲光入射到光纤时，会产生瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等多种散射。其中布里渊散射也是一种非弹性散射，它是由于光波与光纤中整体运动着的分子相互作用产生。对1 550nm的光波而言，其布里渊散射光相对于入射光会有约11GHz左右的频移，这被称为布里渊频移(BFS)。光纤中的布里渊散射光的功率和频移与光纤所受的温度或应变成线形关系，通过测量布里渊散射光的频移和温度，便可对光纤所受的应变或温度进行测量。

BOTDR是一种基于布里渊散射的分布式光纤传感技术。它通过向光纤中发射脉冲光，并在光纤的同一端接收布里渊散射光，利用光电接收器将布里渊散射光转换为电信号后再利用数据采集处理装置进行采集和处理，最后得到布里渊散射光的频移信息，从而实现对光纤沿线的应变或温度的传感。

然而由于布里渊散射光的频移与应变和温度均有线性关系。因此如何将应变测量和温度测量分离受到了许多的关注，是BOTDR应用中的一个重要问题。长期以来，也出现了许多利用BOTDR同时进行应变和温度测量的方法。T.R.Parker等通过同时探测布里渊散射光的频移和功率，利用光纤应变、温度与布里渊频移、功率具有不同的线性关系这一特性进行应变和温度的同时测量，但由于BOTDR对布里渊散射光功率的测量误差较大，这一方法得到的应变温度分离精度较差。M.A。Davis等提出利用BOTDR和光栅传感的技术同时进行应变和温度的测量，但这种方法需要利用同时铺设光栅作为传感器，使用较为复杂，而且光栅不能够进行分布式测量。C.C.Lee等提出利用色散位移光纤中布里渊散射光频谱中的多个峰值对应的频移进行应变和温度的测量，但这种方式需要特殊的光纤作为传感光纤，另外对多个布里渊峰的频移进行处理时需要较为复杂的处理方法。M.N.Alahbabi等提出同时利用布里渊散射光和拉曼散射光进行应变和温度的测量，但该方法需要同时对布里渊散射光和拉曼散射光进行解调，解调系统复杂，成本较高，同时拉曼散射的传感距离也较短。现有BOTDR应变温度交叉敏感分离时，存在测量精度较低的问题。因此，在利用BOTDR进行传感测量时，应变和温度的分离仍是一个有待进一步解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种用于提高布里渊光时域反射仪BOTDR应变和温度分离精度的方法，本发明是基于信号综合分析和处理的方法来提高BOTDR应变温度分离测量的精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种用于提高布里渊光时域反射仪应变和温度分离精度的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据BOTDR测得的光纤中布里渊频移曲线和布里渊功率曲线，对光纤的应变和温度分布进行预分离，得到光纤的应变分布曲线和温度分布曲线；