CN102903209B - 地面塌陷光纤监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种地面塌陷光纤监测预警系统及方法，其中的方法包括：产生光信号，使所述光信号进入被测光纤；接收所述被测光纤中的回波信号，将所述回波信号转换为电信号；对所述电信号进行信号调理处理；将所述调理处理后的电信号转换为数字信号；缓存所述数字信号；计算所述缓存的数字信号对应的光信号在被测光纤中的传输距离，并根据所述传输距离计算相应的光纤损耗值；将计算出的光纤损耗值与预定阈值进行比较，并根据比较结果进行地面塌陷预警。本发明可以简单方便快捷且准确的实现地面塌陷监测，并及时进行地面塌陷预警。

Description

地面塌陷光纤监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及移动通讯技术，特别是涉及一种地面塌陷光纤监测预警系统及方法。

背景技术

地面塌陷是指地表岩、土体等在自然或者人为因素的作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑或塌陷洞的一种地质现象。当这种地质现象发生在有人类活动的地区时，便可能成为一种地质灾害。

由于地面塌陷具有突发性、隐蔽性、不确定性和时空效应等特点，因此，目前针对地面塌陷的治理主要是以预防和防护措施为主。针对地面塌陷呈现逐年加剧的趋势，为了有效保障工程的安全运行，并减少地面塌陷所带来的灾难性后果，通过监测预警来实现对地面塌陷的实时监控，是非常必要的。

目前，地面塌陷的监测技术主要包括如下两种：

一、重复水准测量技术。

具体的，在监测区内埋设观测点，并在沉降范围外的稳定地区或沉降区域内的适当地点埋设基准点；为了保证监测的稳定性，通常应在一个区域内至少埋设三个基准点；从基准点出发布设一个或者两个等级的高程控制网，首级网可以采用精密水准仪进行观测，次级网可以采用低一级的水准测量方式进行观测；按照一定的周期进行观测，并采用严密平差方法求得各观测点的高程；针对某一观测点而言，由不同日期观测结果求得的高程差即为该观测点在此期间的沉降量。

二、合成孔径雷达干涉测量技术。

该测量技术是一项新的地面观测技术，其利用合成孔径雷达的相位信息提取地表三维信息和高程变化信息，从而监测地球表面的微小变化；也就是说，该技术根据干涉相位，由相位差求解变化量实现测量。

发明人在实现本发明过程中发现：上述重复水准测量技术需要对比的基准点比较多，重复水准测量的时间周期比较长，运算量较高，实现难度较大。而上述合成孔径雷达干涉测量技术，由于对于干涉处理而言，一个重要的前提是存在相干性，即两景影像信号的相似性或相关性，因此，准确获取干涉相位需满足相干条件，从而在失相干条件下难以获取真实的干涉相位；另外，受两次观测时刻大气波动影响，特别是对流层湿度和温度的变化，会出现不同的相位延迟现象，在相位图上会表现出延迟量的非均一性，对于大尺度微小形变监测而言，这种非均一性的相位延迟量会作为误差而引入到形变相位中，从而会影响其测量精度。

另外，与本发明技术相关的专利文献请参阅KR20030096661A。

有鉴于现有的地面塌陷的监测技术存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种地面塌陷光纤监测预警系统及方法，能够解决现有的地面塌陷的监测技术存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的地面塌陷的监测技术存在的问题，而提供一种地面塌陷光纤监测预警系统及方法，所要解决的技术问题是，可以简单方便快捷且准确的实现地面塌陷监测，并及时进行地面塌陷预警。

本发明的目的以及解决其技术问题可以采用以下的技术方案来实现。

依据本发明提出的一种地面塌陷光纤监测预警系统，包括：信号采集调理装置和数字信号分析处理装置；信号采集调理装置包括：耦合器、光脉冲发射模块、光信号接收模块、模数转换模块以及参数设置模块；所述数字信号分析处理装置包括：数据处理模块以及数据缓存模块；所述耦合器，与被测光纤、光脉冲发射模块和光信号接收模块均连接；所述光脉冲发射模块，与所述数据处理模块和耦合器均连接，用于根据数据处理模块传输来的控制信号产生光信号，所述光信号通过所述耦合器进入所述被测光纤；所述光信号接收模块，与所述参数设置模块、耦合器和模数转换模块均连接，用于通过耦合器接收所述被测光纤中的回波信号，将所述回波信号转换为电信号，对该电信号进行信号调理处理，并将调理后的电信号传输给模数转换模块；所述模数转换模块，与所述光信号接收模块和数据缓存模块均连接，用于将所述光信号接收模块传输来的电信号转换为数字信号，并将所述数字信号暂存在数据缓存模块中；所述数据处理模块，与所述光脉冲发射模块、参数设置模块以及数据缓存模块均连接，向光脉中发射模块发送用于触发光脉冲发射模块产生光信号的控制信号，向参数设置模块发送光信号接收模块的配置参数信息，从数据缓存模块中获取所述数字信号，计算所述数字信号对应的光信号在所述被测光纤中的传输距离，根据该传输距离计算相应的光纤损耗值，并根据计算出的相应的光纤损耗值和预定阈值的比较结果进行地面塌陷预警；参数设置模块，与所述光信号接收模块和数据处理模块均连接，根据数据处理模块传输来的配置参数信息对光信号接收模块进行配置设置。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中所述光脉冲发射模块包括：产生中心波长为1550nm、波长宽度大于60nm的宽带光源。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中所述光信号接收模块包括：光电探测器，用于将所述回波信号转换为电信号，并输出；前置放大电路，与所述光电探测器连接，用于将该电信号转换为差模信号，并输出；差动放大电路，与所述前置放大电路连接，用于消除所述前置放大电路输出的信号中的共模信号，放大差模信号，并输出放大后的差模信号；调零电路，与所述差动放大电路和模数转换模块均连接，用于对所述放大后的差模信号进行调零处理，并向所述模数转换模块输出所述调零处理后的信号。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中所述数据处理模块包括：运行嵌入式操作系统的高级精简指令集机器ARM，且所述数据缓存模块包括：FIFO。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中预定阈值包括：熔接阈值、反射阈值和光纤末端阈值中的至少一个，对应的，所述光纤损耗值包括：熔接损耗值、反射损耗值和光纤末端损耗值中的至少一个。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中该系统还包括：存储器模块，与所述数据处理模块连接；复位模块，与所述数据处理模块连接；输入模块，与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过所述输入模块接收用户指令；显示模块，与所述数据处理模块连接，用于接收并显示所述数据处理模块输出的预警信息；串口模块，与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过所述串口模块与上位机进行信息交互。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警系统，其中用户指令包括：测试指令、设置光纤光栅的脉冲宽度指令和设置光信号接收模块配置参数指令。

依据本发明提出的一种地面塌陷光纤监测预警方法，包括：产生光信号，使所述光信号进入被测光纤；接收所述被测光纤中的回波信号，将所述回波信号转换为电信号；对所述电信号进行信号调理处理；将所述调理处理后的电信号转换为数字信号；缓存所述数字信号；计算所述缓存的数字信号对应的光信号在被测光纤中的传输距离，并根据该传输距离计算相应的光纤损耗值；将计算出的相应的光纤损耗值与预定阈值进行比较，并根据比较结果进行地面塌陷预警。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警方法，其中所述光信号的中心波长为1550nm，且波长宽度大于60nm。

较佳的，前述的地面塌陷光纤监测预警方法，其中所述对所述电信号进行信号调理处理包括：将所述电信号转换为差模信号；消除所述差模信号中的共模信号，并放大差模信号；对放大后的差模信号进行调零处理。

借由上述技术方案，本发明的地面塌陷光纤监测预警系统及方法至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明将光纤技术应用到地面塌陷监测预警中，本发明的预警系统可以为嵌入式系统，其具有硬件结构简单、体积小、噪声小、AD采样频率高、取样精度高等特点，针对硬件而言，在一定程度上提高了监测动态范围和损耗值分辨率；针对软件而言，数据处理模块(如ARM)可以实现数据的高速采样和高精度的数字处理，从而在软件角度上也提高了监测动态范围和距离分辨率；

2、本发明提高了题目塌陷预警的实时性和精确性，可以有效的发现地面塌陷的发生趋势，准确的做出地面塌陷预警，以便于可以及时排除危险；

3、通过将预警系统的硬件分成信号采集调理装置以及信号分析处理装置两部分，有效减少了硬件电路之间的噪声干扰；在选取容量大、性能可靠的器件来实现的情况下，可以在一定程度上提高监测动态范围。

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳的实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例一的地面塌陷光纤监测预警系统示意图；

图2为本发明地面塌陷光纤监测预警系统中的光信号接收模块示意图；

图3为本发明实施例二的地面塌陷光纤监测预警方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的地面塌陷光纤监测预警系统及方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例一、地面塌陷光纤监测预警系统。

当光信号(即光脉冲信号)在被测光纤内传输时，会由于被测光纤本身的性质、连接元件、接合点、弯曲或者其它类似的事件而产生散射和反射。其中一部分的散射和反射的光信号就会返回到地面塌陷光纤预警系统中，返回的有用信息由地面塌陷光纤监测预警系统的探测测量，探测测量到的有用信息可以作为被测光纤内不同位置上的时间或曲线片断。根据发射光信号的时间和探测到光信号的时间可以确定出光信号传输所用的时间，根据光信号在玻璃物质中的传输速度，就可以计算出光信号在被测光纤中的传输距离，并基于该传输距离计算出相应的光纤损耗值。地面塌陷光纤监测预警系统可以根据上述光纤损耗值和预先设定的阈值来判断被测光纤内发生的变化来判断被测光纤到底发生了哪种变化，从而可以确定出某一位置是否发生了地面塌陷，进而可以及时的组织人员到现场排除危险，并解除报警。

下面结合图1和图2对本实施例的预警系统进行说明。

图1中示出的地面塌陷光纤监测预警系统包括：耦合器11、光脉冲发射模块12、光信号接收模块13、模数转换模块14、参数设置模块15、数据处理模块21和数据缓存模块22。另外，该预警系统还可以包括：存储器模块23、复位模块24、输入模块25、显示模块26以及串口模块27。上述各元件可以被区分为两部分，即信号采集调理装置1和数字信号分析处理装置2；其中，信号采集调理装置1可以包括：耦合器11、光脉冲发射模块12、光信号接收模块13、模数转换模块14和参数设置模块15；数字信号分析处理装置2可以包括：数据处理模块21、数据缓存模块22、存储器模块23、复位模块24、输入模块25、显示模块26以及串口模块27。

下面对地面塌陷光纤监测预警系统中的各元件进行逐一说明。

耦合器11(即光纤耦合器)与被测光纤、光脉冲发射模块12和光信号接收模块13分别连接。耦合器11是被测光纤和地面塌陷光纤监测预警系统的连接接口，预警系统产生的光信号通过耦合器11输出至光纤中，且光纤中的回波信号通过耦合器11进入预警系统。该耦合器11可以根据实际需求采用现有的多种型号的光纤耦合器来实现。

光脉冲发射模块12与数据处理模块21和耦合器11分别连接。光脉冲发射模块12主要用于在数据处理模块21的控制下产生光信号，该光信号通过耦合器11进入到光纤中。

一个具体的例子，光脉冲发射模块12在接收到数据处理模块21传输来的下降沿触发信号时，产生光信号。考虑到被测光纤的中心波长在1520nm-1570nm之间，因此，光脉冲发射模块12产生的光信号可以为中心波长为1550nm，且波长宽度大于60nm的光信号；相应的，光脉冲发射模块12应包括一宽带光源，该宽度光源产生的光信号的中心波长为1550nm，且波长宽度大于60nm(如70nm或80nm)。

光脉冲发射模块12产生的光信号的具体规格与光脉冲发射模块12自身的设置参数相关。光脉冲发射模块12的设置参数可以由数据处理模块21设置并修改。另外，数据处理模块21可以通过脉宽调制引脚来改变广脉冲发射模块12所产生的光信号的脉冲宽度。

光信号接收模块13与参数设置模块15、耦合器11以及模数转换模块14分别连接。光信号接收模块13主要用于通过耦合器11接收被测光纤中的回波信号，并将其接收到的回波信号转换为电信号，然后，对该电信号进行信号调理处理，之后，光信号接收模块13向模数转换模块14输出其调理后的信号。这里的信号调理处理可以包括：差模转换处理、消除共模信号处理、差模放大处理以及调零处理等。

光信号接收模块13的一个具体的例子如图2所示。

图2中的光信号接收模块13主要包括：光电探测器131、前置放大电路132、差动放大电路133和调零电路134；其中，光电探测器131与前置放大电路132连接，光电探测器131主要用于将耦合器11传输来的被测光纤中的回波信号转换为电信号，并向前置放大电路132输出该电信号，即实现光电转换；前置放大电路132与光电探测器131和差动放大电路133分别连接，前置放大电路132主要用于将其接收到的徼弱的电流信号转化为电压信号，前置放大电路132输出的信号为差模信号，也就是说，前置放大电路132将其接收到的电信号转换为差模信号，并向差动放大电路133输出该差模信号；差动放大电路133与前置放大电路132和调零电路134分别连接，差动放大电路133主要用于将前置放大电路132输出的信号中所包含的共模信号消除，并在消除处理后对差模信号进行放大处理，之后，差动放大电路133向调零电路134输出放大后的差模信号；考虑到集成电路制造厂家制造工艺的差异性会导致内部运放的差分对管不可能是标准对称，因此，本系统要对集成运放进行调零以弥补失调电压和失调电流带来的影响；调零电路134与差动放大电路133和模数转换模块14分别连接，调零电路134主要用于对差动放大电路133放大后的差模信号进行调零处理，并向模数转换模块14输出调零处理后的信号。

上述光电探测器131、前置放大电路132、差动放大电路133以及调零电路134可以采用现有的元件，且光信号接收模块13也可以采用其他实现方式。

模数转换模块14与光信号接收模块13和数据缓存模块22分别连接。模数转换模块14主要用于将光信号接收模块13传输来的调理处理后的信号转换为数字信号，之后，将该数字信号暂存在数据缓存模块22中。该模数转换模块14可以具体为16位的A／D转换电路。

参数设置模块15与光信号接收模块13和数据处理模块21分别连接。参数设置模块15主要用于根据数据处理模块的控制对光信号接收模块13进行参数设置，即参数设置模块15在接收到数据处理模块21传输来的配置参数信息后，根据该配置参数信息对光信号接收模块13进行配置。

数据处理模块21与光脉冲发射模块12、参数设置模块15、数据缓存模块22、存储器模块23、复位模块24、输入模块25、显示模块26以及串口模块27分别连接。

数据处理模块21是预警系统的核心元件，可以协调各元件间的协同工作。具体的，数据处理模块21可以通过输入模块25接收用户的指令，如果用户的指令为进行地面塌陷监测指令，则数据处理模块21向光脉冲发射模块12发送控制信号(如下降沿触发信号)，以使光脉冲发射模块12产生光信号；数据处理模块21通过向参数设置模块15发送配置参数信息可以实现对光信号接收模块13的参数配置；数据处理模块21在从数据缓存模块22中读出数字信息后，可以根据该数据信息进行运算，以获得光信号在被测光纤中的传输距离，并利用该传输距离计算出相应的光纤损耗值，从而根据计算出的相应的光纤损耗值和预定阈值的比较判断是否产生了地面塌陷，并确定是否需要提示报警。

数据处理模块21可以为CPU(如ARM，高级精简指令集机器)或者其他微处理器等。一个具体的例子，图1中示出的数据处理模块21为ARM920TS3C2410。

数据处理模块21可以为基于嵌入式操作系统的数据处理模块，即该预警系统的操作系统为嵌入式操作系统。嵌入式操作系统简单易用，可以在多种微处理器上运行，并且可以很好的进行兼容设计，此外，嵌入式操作系统还给用户提供了模块化的程序设计理念，可以对操作系统的根文件系统进行管理，可以实现实时操作系统下的多任务运行，网络化任务可以移植嵌入式的图形界面开发工具中，使得用户可以很方便的进行程序设计和开发。为了使系统的功耗能够降低，通常可以把生成的用户程序固化在存储器模块23中。

数据处理模块21中运行的监测预警软件可以是利用可视化的嵌入式图形界面开发工具Qt进行开发的，从而可以为用户提供友好的人机交互界面。

数据缓存模块22与数据处理模块21和模数转换模块14分别连接，数据缓存模块22主要用于数字信号的读写，即模数转换模块14输出的数字信号存储在数据缓存模块22中，数据处理模块21由数据缓存模块22中读取出该数字信号。该数据缓存模块22可以具体为FIFO，且可以根据实际需求来选择具有相应深度的FIFO。

存储器模块23与数据处理模块21连接。存储器模块23可以具体为NorFlash和／或NandFlash等。存储器模块23主要用于供数据处理模块21进行读写操作。

复位模块24与数据处理模块21连接。复位模块24主要用于触发预警系统的重新启动，如复位模块24向数据处理模块21传输复位信号，使数据处理模块21执行相应的复位操作。

输入模块25与数据处理模块21连接。输入模块25可以包括按键或者鼠标等输入器件，用户可以通过输入模块25输入相应的用户指令，输入模块25将用户指令传输至数据处理模块21。

上述用户指令可以包括：测试指令、设置光纤光栅的脉冲宽度指令和设置光信号接收模块配置参数指令；测试指令用于触发光脉冲发射模块12产生光信号；设置光纤光栅的脉冲宽度指令用于修改光脉冲发射模块12的配置参数，以使光脉冲发射模块12产生预定规格的光信号；设置光信号接收模块配置参数指令用于修改光信号接收模块13的配置参数，以使光信号接收模块13进行符合用户需求的信号处理。

显示模块26与数据处理模块21连接。显示模块26主要用于接收数据处理模块21传输来的显示信息，并显示相应的画面，如根据接收到的预警信息显示相应的警示图标等。该显示模块26可以包括液晶显示屏等。数据处理模块21可以基于显示模块26为用户提供人机交互界面，以显示出地面塌陷的具体位置，从而有利于用户对地面塌陷的及时处理。

串口模块27与数据处理模块21连接。串口模块27是数据处理模块21与其他外部设备(如上位机)进行信息交互的接口。数据处理模块21可以将预警信息通过串口模块27传输至上位机，也可以将数据缓存模块22中存储的数字信号通过串口模块27传输至上位机，由上位机进行相应的分析判断等操作，以确定是否出现地面塌陷现象。

实施例二、地面塌陷光纤监测预警方法，其流程如图3所示。

S100、产生光信号，使光信号进入被测光纤。

具体的，考虑到被测光纤的中心波长通常在1520nm-1570nm之间，因此，本步骤中产生的光信号可以为中心波长为1550nm，且波长宽度大于60nm的光信号。

S110、接收被测光纤中的回波信号，将回波信号转换为电信号，即进行光电转换。

S120、对上述电信号进行信号调理处理。

具体的，可以对电信号进行差模转换处理(如将微弱的电流信号转化为电压信号)、消除共模信号处理(即消除差模信号中包含的共模信号)、差模放大处理(即对差模信号进行放大处理)以及调零处理等。

S130、将调理处理后的电信号转换为数字信号。该步骤可以由16位的A／D转换电路来实现。

S140、缓存上述数字信号，并计算缓存的数字信号对应的光信号在被测光纤中的传输距离，之后，利用该传输距离计算相应的光纤损耗值。

具体的，先获得光信号的发射时间，再获得探测到回波信号的接收时间，这样，可以确定出光信号在被测光纤中传输所用的时间，之后，根据光信号在玻璃物质中的传输速度，就可以计算出光信号在被测光纤中的传输距离，并利用该传输距离计算相应的光纤损耗值。

S150、将计算出的相应的光纤损耗值与预定阈值进行比较，并根据比较结果进行地面塌陷预警。

在上述两个实施例中，预定阈值包括熔接阈值、反射阈值和光纤末端阈值中的至少一个，相应的，计算出的相应的光纤损耗值包括：熔接损耗值、反射损耗值和光纤末端损耗值中的至少一个。

本发明可以利用输出设备(如显示器或者打印机等)来显示相应的信息，如事件损耗的显示依赖于熔接阈值的选择，当光纤的熔接损耗值大于事件门限系统设置菜单中给定的熔接阈值时，事件的损耗被显示于列表中；再例如，事件反射的显示依赖于反射阈值的选择，当光纤的反射损耗值大于事件门限系统设置菜单中给定的反射阈值时，光纤的反射损耗结果被显示于列表中；再例如，光纤末端损耗值大于事件门限系统设置菜单中给定的光纤末端阈值时，光纤末端损耗结果被显示在列表中。

一个具体的例子，本发明(如地面塌陷光纤监测预警系统)首先会对相应的预定阈值进行设定，并将设定的预定阈值储存起来(如存储在地面塌陷光纤监测预警系统的存储器中)，当光纤发生有上述的任意一种变化时，地面塌陷光纤监测预警系统就会根据采集回来的光波信号，计算出传输距离，并且计算相应的光纤损耗值，并将光纤损耗值与系统设定的预定阈值进行比较，从而判断发生了哪种变化，例如，当用户设定地面塌陷光纤监测预警系统的反射阈值为-10dB，在用户运行地面塌陷光纤监测预警系统后，它就会根据实时监测的被测光纤的反射损耗值与已经设定的反射阈值进行比较，一旦光纤的反射损耗值超过反射阈值就会对用户发生预警或者是报警，是进行预警还是进行报警是根据光纤的反射损耗值与系统设定的反射阈值进行比较结果来确定的，假如光纤的反射损耗值大于预定反射阈值的30％，且小于反射阈值的50％，这里假设为-6dB，系统会对用户发出警示消息；假如光纤的反射损耗值达到或者超过预定反射阈值的50％，这里假设为-3dB，系统会对用户发出报警消息。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种地面塌陷光纤监测预警系统，其特征在于，包括：信号采集调理装置和数字信号分析处理装置；

所述信号采集调理装置包括：耦合器、光脉冲发射模块、光信号接收模块、模数转换模块以及参数设置模块；

所述数字信号分析处理装置包括：数据处理模块以及数据缓存模块；

所述耦合器，与被测光纤、光脉冲发射模块和光信号接收模块均连接；

所述光脉冲发射模块，与所述数据处理模块和耦合器均连接，用于根据数据处理模块传输来的控制信号产生光信号，所述光信号通过所述耦合器进入所述被测光纤；

所述光信号接收模块，与所述参数设置模块、耦合器和模数转换模块均连接，用于通过耦合器接收所述被测光纤中的回波信号，将所述回波信号转换为电信号，对该电信号进行信号调理处理，并将调理后的电信号传输给模数转换模块；

所述模数转换模块，与所述光信号接收模块和数据缓存模块均连接，用于将所述光信号接收模块传输来的电信号转换为数字信号，并将所述数字信号暂存在数据缓存模块中；

所述数据处理模块，与所述光脉冲发射模块、参数设置模块以及数据缓存模块均连接，向光脉冲发射模块发送用于触发光脉冲发射模块产生光信号的控制信号，向参数设置模块发送光信号接收模块的配置参数信息，从数据缓存模块中获取所述数字信号，计算所述数字信号对应的光信号在所述被测光纤中的传输距离，根据该传输距离计算相应的光纤损耗值，并根据计算出的相应的光纤损耗值和预定阈值的比较结果进行地面塌陷预警；

参数设置模块，与所述光信号接收模块和数据处理模块均连接，根据数据处理模块传输来的配置参数信息对光信号接收模块进行配置设置。

2.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述光脉冲发射模块包括：产生中心波长为1550nm、波长宽度大于60nm的宽带光源。

3.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述光信号接收模块包括：

光电探测器，用于将所述回波信号转换为电信号，并输出；

前置放大电路，与所述光电探测器连接，用于将所述电信号转换为差模信号，并输出；

差动放大电路，与所述前置放大电路连接，用于消除所述前置放大电路输出的信号中的共模信号，放大差模信号，并输出放大后的差模信号；

调零电路，与所述差动放大电路和模数转换模块均连接，用于对所述放大后的差模信号进行调零处理，并向所述模数转换模块输出所述调零处理后的信号。

4.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：运行嵌入式操作系统的高级精简指令集机器ARM，且所述数据缓存模块包括：FIFO。

5.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述预定阈值包括：熔接阈值、反射阈值和光纤末端阈值中的至少一个，对应的，所述光纤损耗值包括：熔接损耗值、反射损耗值和光纤末端损耗值中的至少一个。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的预警系统，其特征在于，所述系统还包括：

存储器模块，与所述数据处理模块连接；

复位模块，与所述数据处理模块连接；

输入模块，与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过所述输入模块接收用户指令；

显示模块，与所述数据处理模块连接，用于接收并显示所述数据处理模块输出的预警信息；

串口模块，与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块通过所述串口模块与上位机进行信息交互。

7.如权利要求6所述的预警系统，其特征在于，所述用户指令包括：测试指令、设置光纤光栅的脉冲宽度指令和设置光信号接收模块配置参数指令。

8.一种地面塌陷光纤监测预警方法，其特征在于，包括：

产生光信号，使所述光信号进入被测光纤；

接收所述被测光纤中的回波信号，将所述回波信号转换为电信号；

对所述电信号进行信号调理处理；

将所述调理处理后的电信号转换为数字信号；

缓存所述数字信号；

计算所述缓存的数字信号对应的光信号在被测光纤中的传输距离，并根据所述传输距离计算相应的光纤损耗值；

将计算出的相应的光纤损耗值与预定阈值进行比较，并根据比较结果进行地面塌陷预警。

9.如权利要求8所述的预警方法，其特征在于，所述光信号的中心波长为1550nm，且波长宽度大于60nm。

10.如权利要求8或9所述的预警方法，其特征在于，所述对所述电信号进行信号调理处理包括：

将所述电信号转换为差模信号；

消除所述差模信号中的共模信号，并放大差模信号；

对所述放大后的差模信号进行调零处理。

Images