BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种能够自动断纤定位的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法，BOTDA系统包括脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG模块；以及光信号探测采集模块，其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接；本发明专利技术的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法能够自动判断是否断纤并定位断纤位置。

【技术实现步骤摘要】
BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法
本专利技术属于光纤
，涉及一种能够自动断纤定位的BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法。
技术介绍
布里渊光时域分析技术(BOTDA)系统将光纤作为传感探测单元，用于测量全域光纤所处环境的温度与应变的空间分布状态与时间变化的状态。基于BOTDA的分布式光纤传感系统具有高定位准确性和多点检测的优点，其系统稳定且易于实现，在分布式光纤传感系统中一直被重点关注，并被广泛用于长距离海缆运行状态监控，管廊隧道、桥梁健康状态监控等诸多领域；BOTDA系统需要光纤形成环路，光纤首末两端注入脉冲泵浦光和连续探测光，而在实际使用中，无论是在施工过程中，或者在后期使用中，都存在光纤受外部破坏导致断纤的可能，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能，断纤定位还需要附加OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer，光时域反射仪)仪或者采用光开关切换OTDR光路来实现，不仅成本高，结构复杂，而且智能化不高，或者通过工程维护人员检测找到断纤线路的接入口，人为查找断纤位置，费时费力，因此需要寻找一种方式和方法进行改善。
技术实现思路
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本专利技术提供了一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，包括脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG（FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅）模块；以及光信号探测采集模块，其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接。根据本专利
技术介绍
中对现有技术所述，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能；而本专利技术公开的一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，监测光纤首末两端分别注入脉冲泵浦光和连续探测光，通过第一环形器的第三端口获得后向布里渊散射信号，再通过第二环形器进入到FBG模块中进行滤波，再由光信号探测采集模块接收滤波后的信号；对于BOTDA系统，存在stokes信号（斯托克斯信号）和anti-stokes光（反斯托克斯信号）；stokes信号和anti-stokes信号均对光纤周界的温度和应变敏感；FBG模块反射回的的窄带光的中心波长随着作用于光纤光栅的温度改变而线性变化，FBG模块包含有TEC控温结构及电路，通过调节FBG模块的温度改变FBG模块滤波范围的中心波长，定向选择stokes信号或anti-stokes信号，从而拟合得到光缆沿线的布里渊频移分布，实现对光纤温度和应变的分布式传感。将BOTDA系统的时域功率值识别上限值的5%到10%作为BOTDA系统断纤事件判断的断纤判断阈值TH，以TH与第二预定长度范围内后向布里渊散射信号的时域功率值最大值作对比，判断BOTDA系统是否发生断纤事件。断纤定位需要利用瑞利散射光，当发生断纤事件时，为保证瑞利散射信号强度，在断纤定位前，调节FBG模块的温度使FBG模块滤波范围中心波长转移至瑞利散射信号的中心波长，从而能够实现断纤位置的自动定位，无需附加OTDR仪，结构简单，成本较低，且具有较高的效率。另外，根据本专利技术公开的一种能够自动断纤定位的BOTDA系统还具有如下附加技术特征：进一步地，所述FBG模块的参数为：FBG模块中心波长为1550.06nm，3dB带宽为0.1nm，峰值反射率在96%以上。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种基于上述能够自动断纤定位的BOTDA系统的BOTDA系统自动断纤定位方法，包括以下步骤:步骤1，当判定发生断纤事件时，将所述FBG模块的温度升高或降低预定温度，并保持在升高或降低后的温度状态；步骤2，按照BOTDA系统的初始功率列表设置BOTDA系统的功率；步骤3，采集BOTDA系统的当前功率对应的瑞利散射信号的时域功率值数据所述FBG模块将后向布里渊散射信号过滤得到瑞利散射信号，所述光信号探测采集模块采集监测范围内的q个采集位置点在一个采样周期中的k个脉冲周期上对应的瑞利散射信号的时域功率值，将q*k个该时域功率值记为定位调查对象矩阵S’；步骤4，求取BOTDA系统的当前功率对应的断纤判读阈值B_TH在所述定位调查对象矩阵S’中，求取每个采集位置点对应的k个时域功率值的平均值得到q个功率值平均值，记作平均值数组L，在所述数组L中，求取以监测光纤末端为起始点的监测光纤外的第一预定长度范围内的所有的采集位置点的功率值平均值的平均值作为断纤判断参数，将所述断纤判断参数乘以第一预定比例，得到所述断纤判读阈值B_TH；步骤5，定位初步的断纤位置P在所述定位调查对象矩阵S’中，从监测光纤上邻近所述第一预定长度范围的第一个采集位置点作为查找起始点依次向监测光纤首端查找，当查找到连续预定数量的采集位置点的时域功率值均大于所述断纤判读阈值B_TH值的位置时，将该预定数量的采集位置点中靠近监测光纤首端的采集位置点作为初步的断纤位置P；其中，所述监测范围包括监测光纤以及第一预定长度范围。另外，根据本专利技术公开的一种BOTDA系统自动断纤定位方法还具有如下附加技术特征：进一步地，所述预定数量为2。进一步地，所述第一预定比例为101%到105%。进一步地，所述第一预定长度范围为从监测光纤末端到距离监测光纤末端第一预定长度的长度范围。更进一步地，所述第一预定长度为80m-120m。更进一步地，所述第一预定长度为100米。进一步地，在进行所述步骤1前，所述BOTDA系统自动断纤定位方法还包括如下步骤：步骤0，判断是否发生断纤事件的步骤，所述步骤0包括如下子步骤：步骤0-1，采集后向布里渊散射信号的时域功率值数据所述FBG模块将瑞利散射信号过滤得到后向布里渊散射信号，所述光信号探测采集模块采集所述监测光纤上的m个采集位置点在一个采样周期中的n个脉冲周期上对应的后向布里渊散射信号的时域功率值，将n*m个该时域功率值记为判断调查对象矩阵S；步骤0-2，判断是否发生断纤事件在所述判断调查对象矩阵S中，获取所述n个脉冲周期分别对应的、以光纤首端为起始点的第二预定长度范围内的i个采集位置点的时域功率值，在n*i个该时域功率值中找出最大值记为最大时域功率值Vmax；判断所述最大时域功率值Vmax是否大于预设的断纤判断阈值TH，当判断为大于时，判定为无断纤事件并重新进入步骤一，否则，判定为存在断纤事件。进一步地，所述断纤判断阈值TH的计算方法如下：将BOTDA系统的时域功率值识别上限值乘以第二预定比例得到所述断纤判断阈值TH。更进一步地，所述第二预定比例为5%到10%。进一步地，所述第二预定长度范围为光纤上从从光纤首端到距离光纤首端第二预定长度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，其特征在于，包括：/n脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG模块；以及光信号探测采集模块，/n其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，其特征在于，包括：
脉冲光模块；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块；第一环形器；第二环形器；FBG模块；以及光信号探测采集模块，
其中，所述脉冲光模块与所述第一环形器的第一端口连接，所述第一环形器的第二端口用于与所述监测光纤的首端连接；所述第一环形器的第三端口与第二环形器的第一端口连接，所述第二环形器的第二端口与所述FBG模块连接，所述第二环形器的第三端口与所述光信号探测采集模块连接。


2.根据权利要求1所述的一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，其特征在于，所述FBG模块的参数为：FBG模块中心波长为1550.06nm，3dB带宽为0.1nm，峰值反射率在96%以上。


3.一种基于权利要求1-2中任意一项所述的能够自动断纤定位的BOTDA系统的BOTDA系统自动断纤定位方法，其特征在于,包括以下步骤:
步骤1，当判定发生断纤事件时，将所述FBG模块的温度升高或降低预定温度；
步骤2，按照BOTDA系统的初始功率列表设置BOTDA系统的功率；
步骤3，采集BOTDA系统的当前功率对应的瑞利散射信号的时域功率值数据
所述FBG模块将后向布里渊散射信号过滤得到瑞利散射信号，所述光信号探测采集模块采集监测范围内的q个采集位置点在一个采样周期中的k个脉冲周期上对应的瑞利散射信号的时域功率值，将q*k个该时域功率值记为定位调查对象矩阵S’；
步骤4，求取BOTDA系统的当前功率对应的断纤判读阈值B_TH
在所述定位调查对象矩阵S’中，求取每个采集位置点对应的k个时域功率值的平均值得到q个功率值平均值，记作平均值数组L，在所述数组L中，求取以监测光纤末端为起始点的监测光纤外的第一预定长度范围内的所有的采集位置点的功率值平均值的平均值作为断纤判断参数，将所述断纤判断参数乘以第一预定比例，得到所述断纤判读阈值B_TH；
步骤5，定位初步的断纤位置P
在所述定位调查对象矩阵S’中，从监测光纤上邻近所述第一预定长度范围的第一个采集位置点作为查找起始点依次向监测光纤首端查找，当查找到连续预定数量的采集位置点的时域功率值均大于所述断纤判读阈值B_TH值的位置时，将该预定数量的采集位置点中靠近监测光纤首端的采集位置点作为初步的断纤位置P。


4.根据权利要求3所述的一种BOTDA系统自动断纤定位方法，其特征在于，在进...

【专利技术属性】
技术研发人员：付敏杰，陈科新，孟宇航，吴正明，姜明武，
申请(专利权)人：苏州光格科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32