[发明专利]BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法

说明书

本发明公开了一种能够自动断纤定位的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法，BOTDA系统包括脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG模块；以及光信号探测采集模块，其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接；本发明的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法能够自动判断是否断纤并定位断纤位置。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，涉及一种能够自动断纤定位的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法。

背景技术

布里渊光时域分析技术(BOTDA)系统将光纤作为传感探测单元，用于测量全域光纤所处环境的温度与应变的空间分布状态与时间变化的状态。基于BOTDA的分布式光纤传感系统具有高定位准确性和多点检测的优点，其系统稳定且易于实现，在分布式光纤传感系统中一直被重点关注，并被广泛用于长距离海缆运行状态监控，管廊隧道、桥梁健康状态监控等诸多领域；BOTDA系统需要光纤形成环路，光纤首末两端注入脉冲泵浦光和连续探测光，而在实际使用中，无论是在施工过程中，或者在后期使用中，都存在光纤受外部破坏导致断纤的可能，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能，断纤定位还需要附加OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪)仪或者采用光开关切换OTDR光路来实现，不仅成本高，结构复杂，而且智能化不高，或者通过工程维护人员检测找到断纤线路的接入口，人为查找断纤位置，费时费力，因此需要寻找一种方式和方法进行改善。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，包括脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）模块；以及光信号探测采集模块，其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能；而本发明公开的一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，监测光纤首末两端分别注入脉冲泵浦光和连续探测光，通过第一环形器的第三端口获得后向布里渊散射信号，再通过第二环形器进入到FBG模块中进行滤波，再由光信号探测采集模块接收滤波后的信号；对于BOTDA系统，存在stokes信号（斯托克斯信号）和anti-stokes光（反斯托克斯信号）；stokes信号和anti-stokes信号均对光纤周界的温度和应变敏感；FBG模块反射回的的窄带光的中心波长随着作用于光纤光栅的温度改变而线性变化，FBG模块包含有TEC控温结构及电路，通过调节FBG模块的温度改变FBG模块滤波范围的中心波长，定向选择stokes信号或anti-stokes信号，从而拟合得到光缆沿线的布里渊频移分布，实现对光纤温度和应变的分布式传感。

将BOTDA系统的时域功率值识别上限值的5%到10%作为BOTDA系统断纤事件判断的断纤判断阈值TH，以TH与第二预定长度范围内后向布里渊散射信号的时域功率值最大值作对比，判断BOTDA系统是否发生断纤事件。

断纤定位需要利用瑞利散射光，当发生断纤事件时，为保证瑞利散射信号强度，在断纤定位前，调节FBG模块的温度使FBG模块滤波范围中心波长转移至瑞利散射信号的中心波长，从而能够实现断纤位置的自动定位，无需附加OTDR仪，结构简单，成本较低，且具有较高的效率。

另外，根据本发明公开的一种能够自动断纤定位的BOTDA系统还具有如下附加技术特征：