[发明专利]用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统与方法

权利要求书

1.用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，其特征是，包括

全分布式传感光纤，所述全分布式传感光纤并行布置在线性工程的内部或表面；

所述全分布式传感光纤与激光器相连，所述激光器输出光源，光电调制器与激光器相连，光电调制器用于调制激光，所述光电调制器还连接至布里渊背向散射光数据采集设备，所述布里渊背向散射光数据采集设备接收后向散射光并传输至数据处理设备；

所述全分布式传感光纤由布里渊背向散射光数据采集设备同步测量，其应变和温度的传感均基于布里渊后向散射光，通过对不同时刻的布里渊后向散射光强度和布里渊频移的测量，完成全分布式传感光纤上各点的温度和应变的测量及空间定位；根据布里渊散射光强度与频移均与应变和温度呈线型关系，得到线性工程内部及表面的应变分布和温度分布，实现对线性工程的长距离、分布式监测。

2.如权利要求1所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，其特征是，所述激光器为超窄线宽的DFB光纤激光器，线宽小于3KHz。

3.如权利要求1所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，其特征是，所述光电调制器为压电陶瓷调制器，用于将激光器输出的连续光调制成脉冲光。

4.如权利要求1所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，其特征是，所述布里渊背向散射光数据采集设备通过通讯接口与计算机的通信。

5.如权利要求1所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测系统，其特征是，所述布里渊背向散射光数据采集设备采用采样频率为10GS/s的高速数据采集卡。

6.用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测方法，其特征是，包括：

在线性工程中布设全分布式传感光纤；

全分布式传感光纤由布里渊背向散射光数据采集设备同步测量；

全分布式传感光纤其应变和温度的传感均基于布里渊后向散射光，通过对不同时刻的布里渊后向散射光强度和布里渊频移的测量，完成全分布式传感光纤上各点的温度和应变的测量及空间定位；

根据布里渊散射光强度与频移均与应变和温度呈线型关系，得到线性工程内部及表面的应变分布和温度分布，实现对线性工程的长距离、分布式监测。

7.如权利要求6所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测方法，其特征是，采用电方法来分别得到布里渊频移的大小和强度的变化，首先将后向散射光经过光滤波器滤除拉曼散射光和布里渊反斯托克斯光，然后将布里渊斯托克斯和瑞利散射光的干涉交流信号分为两路，一路通过12GHz的高频率光探测器，从高频率光探测器的交流输出端口得到与布里渊频移有关的交流信号，另一路通过125MHz的光电探测器和滤波器放大器得到直流部分和交流部分的峰值，再进行数据处理得瑞利散射光强度和布里渊散射光强度，再根据另一路中得到的布里渊频移的变化，通过解调布里渊强度的变化和频移的变化来同时得到由传感光纤感受到的温度变化和应变。

8.如权利要求6所述的用于线性工程安全监测的全分布式光纤监测方法，其特征是，从高频率光探测器的交流输出端口得到与布里渊频移有关的交流信号时，具体为：

假设瑞利散射光的电磁场和布里渊散射斯托克斯光的电磁场如下：

E_R(t)＝E_Rcos(ω_Rt+φ_R)，E_B(t)＝E_Bcos(ω_Rt+φ_B)其中R表示瑞利散射光，B表示布里渊散射光。

鉴于频带为12GHz的高频光探测器的光谱相应特性和频率响应特性，可以得到输出光电流为：