[发明专利]基于光纤波长矩阵的光纤诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用光纤波长矩阵来诊断光纤状态的方法，属于光纤故障诊断技术邻域和FBG传感器领域，用于光纤通信故障诊断，尤其适用于大规模光纤传感器网络的诊断中。

背景技术

近年来，FBG(光纤光栅)传感器大量使用于各测温、测压等环境，FBG传感器数据传输需要光纤作为传输通道，但是当连接FBG传感器的光纤中断或者衰耗时就需要OTDR进行测试，这就增加了传感器系统的成本和工序。

例如在现有技术中，对于PON网络，进行监控时一般都采用融入OTDR的集中式监控方式，将OTDR设置在局方光线路OLT处，通过瑞利散射和菲涅尔反射来监控各分支链路状况，对出现的中断或者故障进行监测，而这种方式中往往通过分光器处理测试信号，为降低衰减，必须增大OTDR的动态范围，增加了OTDR成本，同时增加了盲区大小，并且随着监控的支路的数量增加，OTDR无法有效应对测试得到的曲线相互叠加引起的检测误差。

在例如申请号为CN201410776821.4的专利申请中，其对光网络的测试仍然采用OTDR结合波峰检测的方式，对光网络中的点进行测试；又如在申请号为CN201310170697.2的专利申请中，其采用OTDR本次检测信号反射峰与以往测试信号的反射峰进行对比，获知发生变化的反射峰，从而实现故障或中断定位。上述方法中，均是通过OTDR以及与OTDR配合使用的复杂外部设备，通过寻峰等算法，实现对故障点或中断点的检测，其设备应用成本高，系统运维难度大，且检测效果一般，对于复杂网络，尤其复杂的FBG传感器网络，效果欠佳。

此外，对现有的大规模光纤传感器，往往采用复杂的光能量计算方式，来检测对应的应力变化，其计算复杂度高，且不能很好地适用于较长的、分布较多的传感器网络。

如果能够直接采用FBG解调仪，并且结合散射光的特性变化，设置简洁的光纤状态监测方法以及传感器监测方法，就能够有效降低传感器系统的成本。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种直接采用FBG解调仪实现对光纤进行状态诊断的方法，该方法主要利用了光纤散射频移和光纤应力的关系来进行光纤状态监测，避免了OTDR设备的使用，有效降低了系统成本。

具体而言，本发明提供了一种基于光纤波长矩阵的光纤诊断方法，该方法包括：对光纤进行光源照射，所述光源以时间延时Δt为间隔，调制脉宽；所述光纤中的测试点数为n；

使用FBG解调仪，以一时间周期T，扫描光纤中的散射光；

依据所述光纤轴向应变与散射光频率漂移量的关系，建立散射光波长、光能量沿光纤轴向的分布，形成光纤波长矩阵；

检测所述光纤波长矩阵的变化，依据所述变化，判断光纤的状态。

优选地，对整条光纤依据预设的距离进行测量，并记录各测试点的散射光波长及散射光能量，依据所述距离、波长、能量，建立所述光纤波长矩阵。这里需要指出，本领域技术人员根据上述记载可以明了，当以一固定脉冲光源对光纤照射时，并且以一固定周期检测接收反射光，则相当于在光纤中，每间隔一固定的距离设置了一测试点，由于光的传播速度固定，也即等于在需要检测的光纤中按照预设的距离进行定点检测。此外，这一预设距离，或者说时间周期，是可以进行调整的，可以依据检测精度要求等进行延长或缩短。另外，该检测的时间周期T甚至是可以以一定的规律变化的，也即时间间隔是变化的，例如两次连续的时间周期T是变化的，那么，此时对应的光纤中的相邻两测试点的间距，也是变化的，可以依据不同的需要进行调整。

在一段距离内，光纤会散射稳定的波长序列，也就是对应一组稳定的散射光频移序列；当出现外界干扰后散射光频移会发生变化也就是散射光变化或者部分波长消失以及能量会发生变化。

优选地，所述散射光为布里渊散射光。布里渊散射光与其他散射光相比的另一个突出优点是它的频移变化量与温度相关性比应变的相关性要小得多(0.002％/℃)，这更有利于在恶劣环境下对光纤的状态进行有效监测。

优选地，在每个时间周期T中，所述FBG解调仪接收一次散射光；通过在所述光源处设置第一光开关、第二光开关，并通过控制第一光开关、第二光开关打开的时间延时Δt，对所述光源调制脉宽。

优选地，所述光纤轴向应变与散射光频率漂移量的关系为：

其中，i＝1,2,…,n，n_iB(e)为第i个测试点光纤轴向拉伸时布里渊散射光频率；n_iB(0)为光纤轴向无应变应力时布里渊散射光频率；为比例系数；e为光纤的轴向应变。