[发明专利]面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置及方法

权利要求书

1.一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，使脉冲激光器(1)发出激光依次经波分复用器(2)、第一参考光纤(3)，第二参考光纤(4)，第三参考光纤(5)后入射到多模传感光纤(6)，各个光纤中产生的斯托克斯光和反斯托克斯光经波分复用器(2)后被第一雪崩光电探测器(7)和第二雪崩光电探测器(8)接收，所述传感方法包括以下步骤：

S1、动态衰减识别阶段：利用第一参考光纤(3)和第二参考光纤(4)的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比值，解调得到多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光和斯托克斯光的光损耗系数差值α₁；利用第一参考光纤和第二参考光纤的反斯托克斯光光强比值，解调得到多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光与入射光的光损耗系数总和α₂；

S2、测量阶段：通过多模传感光纤与第三参考光纤的拉曼光强比值，以及步骤S1得到的多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光和斯托克斯光的光损耗系数差值α₁，利用双路解调方法，进行解调计算得到传感光纤沿线分布式温度信息T₁；同时，通过多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光强与第三参考光纤(5)中的反斯托克斯光的光强比值，以及步骤S1得到的多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光与入射光的光损耗系数总和α₂，利用单路解调方法，进行解调计算得到光纤沿线的温度变化信息T₂；

S3、将通过双路解调方法计算得到传感光纤沿线分布式温度信息T₁和通过单路解调方法计算得到的光纤沿线的温度变化信息T₂进行求平均处理得到光纤沿线的温度信息T，然后再通过光纤沿线的分布式温度突变点位置定位隧道渗漏水区域。

2.根据权利要求1所述的一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，所述步骤S1中，多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光和斯托克斯光的光损耗系数差值α₁的解调公式为：

多模传感光纤(6)中的反斯托克斯光与入射光的光损耗系数总和α₂的解调公式为：

其中，φ_ac-s表示测试阶段第二参考光纤的反斯托克斯光强，φ_sc-s表示测试阶段第二参考光纤的斯托克斯光强，φ_ac-f表示测试阶段第一参考光纤的反斯托克斯光强，φ_sc-f表示测试阶段第一参考光纤的反斯托克斯光强，L_c-f和L_c-s分别表示测试阶段第一参考光纤和第二参考光纤的位置，T_c-f和T_c-s分别表示测试阶段第一参考光纤和第二参考光纤的绝对温度，h表示普朗克常数，k表示玻尔兹曼常数，Δυ表示拉曼频移。

3.根据权利要求1所述的一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用双路解调方法，进行解调计算得到传感光纤沿线分布式温度信息T₁的解调公式为：

利用单路解调方法，进行解调计算得到光纤沿线的温度变化信息T₂的解调公式为；

其中，φ_a和φ_s分别表示测量阶段多模传感光纤沿线的反斯托克斯和斯托克斯光的光强，φ_ac和φ_sc分别表示测量阶段第三参考光纤中的反斯托克斯和斯托克斯光的光强，T_c表示第三参考光纤的绝对温度，L和L_c分别表示测量阶段多模传感光纤的位置和第三参考光纤的位置，h表示普朗克常数，k表示玻尔兹曼常数，Δυ表示拉曼频移。