[发明专利]光纤扰动探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器，具体涉及一种基于相位敏感光时域反射法和偏振 敏感光时域反射法相结合的光纤扰动探测方法及其分布式光纤传感系统。

背景技术

随着光纤通信的发展，尤其是骨干传输网、无源光网络和光纤接入技术的 快速发展，光纤光缆在通信领域的作用越来越重要。在当今的信息时代，光纤 光缆被破坏导致的通信意外中断将产生不可估量的损失，据报道，从2003年至 2006年6月，仅中国网通就发生通信光电缆被盗割、损害案件61930起，其中 重大案件29364起，造成直接经济损失41900万元，间接经济损失3955万元。 为了尽可能地减少损失，迫切需要对光缆线路建立一套安全防护系统，尽早， 甚至提前发现光缆中的异常情况和其所在位置，以便及时报警、防范和抢修， 把损失减为最小。

一般情况下，当通信系统的光缆线路出现故障时，必需借助精密仪表—— 光时域反射计(Optical Time-Domain Reflectometer，简写为OTDR)来进行测 试。但是传统方法制成的OTDR，仅对光纤线路的状态发生衰减时比较适用，而 对于光纤线路受到微扰，损耗并不是很大的情况下，监测效果并不理想，故传 统OTDR只能在光缆已经遭到破坏的情况下发挥作用，不能达到提前预警的目的， 用于光缆线路的安全防护并不理想。

分布式光纤传感技术中光纤既是传输介质，又是传感元件，它可以同时获 得整个光纤长度上被测量参数的空间分布状态和随时间变化的信息，非常适合 用于通信光缆的安全防护。由于光纤中传输的光脉冲的相位和偏振态对光纤线 路的微扰很敏感，所以利用光纤中传输光脉冲的相位和偏振态随线路状态的改 变而改变的这一特性，制成的相位敏感光时域反射计(Phase-Sensitive Optical  Time-Domain Reflectometer，简写为φ-OTDR)或偏振光时域反射计 (Polarization Optical Time Domain Reflectometer，简写为POTDR)可以检 测出光纤线路是否受到微扰，这有助于判断是否有人接近通信光缆以便提前预 警，最低限度避免光缆遭到破坏。在先前的研究中，由窄线宽光纤激光器与电 光调制器组成的防入侵级系统，采用两级放大，在现场实验中，定位范围为12km， 定位精度为200m。

与基于OTDR的分布式传感系统相比，另外一类基于干涉仪原理的分布式传 感系统测量距离有限、信噪比较低、易受多种因素影响，对参考光纤的屏蔽有 很高的要求，同时数据处理工作非常复杂，所以不适合对通信光缆进行实时的 安全防护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于相位敏感光时域反射法和 偏振敏感光时域反射法相结合的光纤扰动探测方法及其分布式光纤传感系统， 以提高光纤扰动的探测精度和可靠性。

本发明的光纤扰动探测方法，包括以下步骤：

a.向光纤注入具有确定偏振态的光信号；

b.接收光纤中的背向瑞利散射光；

c.将所述背向瑞利散射光分成两束，分别进行φ-OTDR数据采集和POTDR 数据采集，绘制背向瑞利散射光功率与时间的关系曲线；

d.根据φ-OTDR和POTDR采集的背向瑞利散射光功率与时间的关系曲线的 畸变点，确定扰动及其位置。

本发明的光纤扰动探测装置，包括光发射器、环行器、耦合器、探测器和 处理器，所述光发射器通过所述环行器向光纤注入信号，所述耦合器与探测器 连接，用于将返回的背向瑞利散射光耦合到探测器，所述探测器与所述处理器 连接，将采集的数据送到处理器进行处理；其特征在于，所述光发射器通过所 述环行器向光纤注入的信号为具有确定偏振态的激光脉冲；所述探测器由φ -OTDR探测器和POTDR探测器构成，所述φ-OTDR探测器与所述处理器连接，用 于采集背向瑞利散射光功率数据；所述POTDR探测器与所述处理器连接，用于 采集背向瑞利散射光功率数据。

本发明的有益效果是，采用两种传感系统同时进行监测，共同判定微扰并 进行定位，大幅度提高了监测系统的准确度和灵敏度，降低了误判率和漏报率。 实验结果表明，该系统还可以准确定位多个干扰点的位置，对于通信系统光缆 的安全防护是一个很好的选择。

附图说明

图1是本发明的光纤扰动探测装置结构框图；