[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

说明书

本发明涉及隧道渗漏水监测领域和分布式光纤传感的温度解调技术领域，为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统测量精度不足，校准程序较为复杂的问题，提出了一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置及方法。装置包括包括脉冲激光器，脉冲激光器信号输出端与波分复用器的第一端口连接，波分复用器的第二端口与第一参考光纤的一端连接，第一参考光纤的另一端依次连接第二参考光纤、第三参考光纤和多模传感光纤；波分复用器的第三端口和第四端口分别与第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器连接；所述第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器通过高速数据采集卡与计算机连接。本发明校准简单，测量准确。

技术领域

本发明涉及隧道渗漏水监测领域和分布式光纤传感的温度解调技术领域，具体是一种温度分辨率高的面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置及方法。

背景技术

近年来我国交通隧道建设蓬勃发展，但隧道渗漏水一直是隧道安全和健康面临的重要问题。渗漏水是运营隧道主要病害之一，也是引起隧道其他病害的根源。在空间相对封闭的长隧道中，一旦发生渗漏水灾害，后果不堪设想。隧道渗漏水会使得衬砌侵蚀、隧底下沉、电力电器设备锈蚀，也会破坏隧道衬砌混凝土及围岩内部结构，改变隧道结构应力体系，从而严重影响隧道的安全运营，缩短隧道的使用寿命。隧道长期带病运营极有可能带来致命性破坏，严重时会给人民生命财产和国家经济带来巨大损失。

当隧道某一区域发生渗漏水时，会导致其周围的温度场发生明显的温度变化，因此可以利用温度突变信息来定位隧道的渗漏水区域。由于分布式光纤拉曼温度传感系统仅对温度变化这一物理量敏感，特别适用于基于温度突变特征识别的隧道渗漏水监测。目前，国内外研究人员已经初步将分布式光纤拉曼传感技术应用隧道或管道的渗漏水监测中。

温度分辨率是分布式光纤拉曼传感技术的重要性能指标，体现出系统对环境温度突变的监测能力，该指标对基于分布式光纤传感技术的隧道渗漏水监测至关重要。现有分布式光纤拉曼传感系统，由于系统的信噪比较低导致其温度分辨率难以突破1.0℃。当隧道渗漏水量较小，例如为润湿、渗润和滴水三个渗漏等级时，由于系统温度分辨率的限制，使渗漏区域温度变化信息被淹没在环境噪声中，导致由渗漏水产生的温度变化特征难以识别，最终丧失早发现早治理的良机，极可能引发隧道重大安全事故并进一步引发次生灾害。另外，传统的分布式光纤拉曼测温系统在测量前，需要将全部传感光纤置于一个恒定温度下进行全光纤校准处理，校准处理后才能进行光纤铺设和分布式测温，如果在测量阶段更换传感光纤，必须重新进行校准处理。这种温度解调方法极大的延长了系统的测量时间，也使系统的测量过程变得极为复杂。因此，在面向隧道渗漏水安全监测领域，复杂的校准过程和较低的温度分辨率限制了分布式光纤拉曼测温仪的应用。

基于此，有必要发明一种全新的温度解调方法，以解决现有分布式光纤拉曼传感系统由于信噪比较低导致温度分辨率难以突破1.0℃，以及测量步骤较为复杂的技术难题。

发明内容

为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统中温度分辨率受限于拉曼信号信噪比的技术瓶颈，使其温度分辨率难以突破1.0℃，且传统测量过程中由于全光纤校准程序较为复杂，导致其在隧道渗漏水安全监测领域受到了一定的限制的技术难题，本发明提出了一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置，其特征在于，包括脉冲激光器、波分复用器、第一参考光纤，第二参考光纤，第三参考光纤，多模传感光纤，第一雪崩光电探测器，第二雪崩光电探测器，高速数据采集卡和计算机；

所述波分复用器的第一端口与所述脉冲激光器信号输出端连接，所述波分复用器的第二端口与所述第一参考光纤的一端连接，所述第一参考光纤的另一端依次连接第二参考光纤、第三参考光纤和多模传感光纤；所述波分复用器的第三端口和第四端口分别与所述第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器连接；所述波分复用器用于将所述脉冲激光器输出的光信号发送至所述第一参考光纤，还用于将背向散射回来的光信号分别发送至所述第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器；