[发明专利]电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置及测量方法

权利要求书

1.电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，完成对电缆隧道内参数在线监测，其特征是，包括激光发射单元、激光基准信号单元、激光反馈信号单元、控制单元、分布式探头阵列，激光发射单元的控制端与控制单元的输出端连接，激光发射单元的输出端一路与激光基准信号单元的输入端连接，另一路与分布式探头阵列的输入端连接，分布式探头阵列的输出端与激光反馈信号单元的输入端连接，激光反馈单元的输出端与控制单元的输入端连接。

2.如权利要求1所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，激光发射单元包括第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器的输入端分别与激光器高频驱动电路/温控电路电连接，激光器高频驱动电路/温控电路与控制单元电连接；第一激光器与第二激光器发出的脉冲激光束经过第一分束器后进入第二分束器，第二分束器分束后一束进入激光基准信号单元，另一束进入分布式探头阵列。

3.如权利要求2所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，所述激光基准信号单元包括第三波分复用器、第三光电探测器和第四光电探测器；进入激光基准信号单元的光经第三波分复用器后分作两束，第一激光器的出射光进入第三光电探测器，第二激光器的出射光进入第四光电探测器；第三光电探测器和第四光电探测器响应得到的光电信号由多通道高速数据采集电路获取发送至控制单元，作为光信号分析的参考信号。

4.如权利要求2所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，第二分束器另一束出射光经过环形器后一路进入第二波分复用器，第二波分复用器的出射光分为两束：第一激光器的出射光和第二激光器的出射光分别进入分布式探头阵列；分布式探头阵列的反射光按照原路径返回，经过环形器后进入第一波分复用器，第一波分复用器的出射光分作两束，第一激光器的反射光传输至第一光电探测器，第二激光器的反射光传输至第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的输出光电信号与多通道高速数据采集电路连接，多通道高速数据采集电路与控制单元电连接。

5.如权利要求4所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，所述分布式探头阵列包括若干串联连接的探头，相邻两探头之间串接有用来放大激光信号的延时器；所述探头包括气室、第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅；所述第一光纤光栅和第二光纤光栅特征波长不同，第一激光器出射光射向第一光纤光栅后一部分光线沿原路径反射，另一部分光线射向第二光纤光栅后出射光一部分射向延时器，另一部分沿原路径反射；第二激光器的出射光经过气室被待测气体吸收后射向第三光纤光栅，出射光一部分射向延时器，另一部分沿原路径反射。

6.如权利要求4所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，所述气室表面设置有若干孔洞，气室通过孔洞与外界环境相连通，完成对外界环境气体进行检测。

7.电缆隧道多参数光纤分布式传感测量方法，其特征是，具体如下：

分布式探头阵列的不同探头的反射回波信号将在不同时刻到达第一光电探测器和第二光电探测器，通过对时域上的回波信号进行解调，实现对不同探头处温度、湿度以及气体浓度信息的解调。

8.如权利要求7所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量方法，其特征是，第一激光器出射光波长由短及长进行扫描，解调获取分布式探头阵列中第一光纤光栅反射回波信号I_T1’、I_T2’、……、I_Tn’以及第二光纤光栅的反射回波信号I_H1’、I_H2’、……、I_Hn’；通过监测反射回波信号波长的漂移，根据光纤光栅特征参数完成温度和湿度检测参数的推演。

9.如权利要求7所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量方法，其特征是，第二激光器的一束强度为I_G0的脉冲到达第一探头，在第一探头中被气室中的气体吸收后强度变为I_G1，经过第一探头的第三光纤光栅的部分反射后，一部分脉冲光束被反射，其强度为I_G1r₃₁，另一部分脉冲光束透射过第三光纤光栅，并经过延时器后向探头而传输，其强度为I_G1t₃₁；其中r₃₁为第一探头中第三光纤光栅的反射率，而透射的强度为I_G1t₃₁的脉冲光束经过第二探头中气室内气体的吸收后其强度变为I_G2，反射一部分脉冲光束，其强度为I_G2r₃₁，透射一部分脉冲光束，其强度为I_G2t₃₁；依次类推，直到探头n；

对于探头1光纤光栅3的回波信号I_G1’，

其中，α₁为与第一探头中气室和待测气体特征吸收波长有关的常数，c₁为气室内气体的浓度；

同理，对于探头2光纤光栅3的回波信号I_G2’，

依次类推，对于回波信号I_Gn’，

基于公式(1)-(n)，通过获取的回波信号I_G1’、I_G2’、……、I_Gn’，最终可以反演得到各个探头处待测气体的浓度值。