[发明专利]一种分布式光纤传感测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感测量方法和装置。 

背景技术

OTDR(光时域反射仪)是利用光在光纤中的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。分布式光纤传感系统就是一种基于OTDR技术的新型的实时、分布式测量系统。目前商业化的分布式光纤传感系统有基于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感系统、基于自发布里渊散射原理的分布式光纤温度应变传感系统等。 

分布式光纤传感系统的基本结构包括测量主机、传感光缆和其它外部设备，如消防电源、网络传输模块等。请参阅图1，一种分布式光纤传感系统的传感光缆敷设示意图，传感光缆从测量主机引出，沿测量区域线型敷设。其中，传感光缆既是传感元件，又是传输介质。当外界参量(温度、应变等)作用到传感光缆中的传感光纤时，在光纤内传输的光波特性(幅度、相位、频率等)发生变化，对光波特性(幅度、相位、频率等)的测量可以计算出外界参量的大小。 

对于分布式光纤传感系统而言，背向散射信号因光纤损耗而指数衰减，而系统的噪声基本保持不变，因此系统的信噪比随测量距离的增加而指数下降，如图2所示。对分布式光纤传感系统，计算得到的温度或应变波动幅度与系统信噪比直接相关，信噪比越高，计算得到的温度或应变波动幅度越小。为了实现温度或应变测量的可靠性，系统的信噪比要大于一固定值。为保证系统的信噪比在要求的范围内，系统的总测量长度就受到一定的限制。 

同时，在测量距离较长的测量点处，温度或应变的微小波动也会引起系统测量值的较大波动，使系统容易误判。如某型号的分布式光纤温度传感系统在 2km处的温度波动噪声为2℃，但在4km处的温度波动噪声将会增加到4℃，这样在测量距离比较大的测量点处，温度的微小波动也会引起系统的报警，使仪器远程监测能力下降。 

为减小温度波动噪声，提高系统的信噪比，现有技术采用以下几种方法解决： 

1、提高入射光功率。 

可以通过将更强的光注入光缆中的光纤来提高信号的强度，但提高入射光功率会增加系统监测的成本。 

2、增加测量时间。 

增加测量时间，可以增多对测量信号的累加平均次数，进而提高测量准确性。但测量时间的增加会影响系统的响应速度。 

3、增加脉冲宽度。 

脉冲宽度的增加，会提高系统入射光信号的能量，进而提高信噪比。但脉冲宽度的增加将会牺牲系统的空间分辨率，使对测量点空间位置的监测产生偏差。 

可见上述方法均存在不足。 

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种分布式光纤传感系统的光缆敷设方法。 

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 

一种分布式光纤传感测量方法，包括以下步骤： 

a、敷设传感光缆： 

传感光缆包括第一段和重叠段，第一段的一端连接测量主机； 

所述重叠段包括第二段和折返段； 

传感光缆感知外界参量，其中，第二段、折返段上的不同点能够感知空间同一位置处的参量； 

b、信号处理： 

处理所述第一段返回的信号，得到第一段所处区域内的外界参量； 

处理与同一空间点相对应的第二段和折返段上的点返回的信号，从而得到在所述同一空间点处的参量。 

进一步，所述第二段、折返段上点的返回信号的处理方式为： 

所述同一空间点记为D点，所述第二段上到D点最近的点记为E点、所述折返段上到D点最近的点记为F点，所述E点和F点即为与所述D点相对应的点； 

信号处理单元处理所述E点和F点返回的信号，从而得到D点对应的外界参量。 

作为优选，利用加权平均法处理与同一空间点相对应的第二段和折返段上的点返回的信号，从而得到在所述同一空间点处的参量。 

进一步，信号处理时，第二段上的点返回信号的加权系数a为：0.5≤a＜1；折返段上的点返回信号的加权系数b为：b＝1-a。 

作为优选，所述折返段长度不大于第一段和第二段的总长的一半。 

本发明还提供了一种分布式光纤传感测量装置，包括测量主机和传感光缆，测量主机包括信号处理单元，其特点是： 

所述传感光缆包括第一段和重叠段，所述第一段的一端连接测量主机； 

所述重叠段包括第二段和折返段；