CN103674084B - 一种分布式温度与应变同时测量方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式温度与应变同时测量方法，它以共用同一套光路系统和电路系统的布里渊光时域反射计和相干光时域反射计为传感测量系统，所述传感测量系统轮流工作于BOTDR模式和COTDR模式，测量出沿单根单模传感光纤分布的布里渊散射谱和瑞利散射谱，并检测出布里渊散射谱的频移和瑞利散射谱的频移，然后根据两种散射谱频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立关于温度和应变的二元一次方程组，通过求解方程组获得传感光纤每一位置处的温度和应变，进而获得沿整条传感光纤分布的温度和应变。本发明大大降低了系统的复杂性和制造成本，而且对光纤布里渊频移系数没有特别要求，扩大了测量系统的适用范围。

Description

一种分布式温度与应变同时测量方法

技术领域

本发明涉及一种利用单根光纤实现分布式温度与应变同时测量的方法，属于测量技术领域。

背景技术

光纤传感技术由于具有抗电磁干扰能力强、设备易于安装、绝缘性好、灵敏度高等优点，在电力、建筑、土木工程等领域受到了越来越多的重视。BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflectometry,布里渊光时域反射计)通过测量入射光脉冲在光纤中的布里渊散射谱频移来进行温度和应变的测量，但存在布里渊频移的温度和应变交叉敏感问题，导致温度和应变无法区分，限制了该技术的应用。COTDR(CoherentOpticalTimeDomainReflectometry,相干光时域反射计)通过测量由相干光源发出的入射光脉冲在光纤中的瑞利散射谱频移来进行温度和应变测量，但也存在瑞利散射谱频移的温度和应变交叉敏感问题，导致温度和应变无法区分，因而也限制了该技术的应用。

利用光纤的拉曼散射可进行温度的分布式测量，但不能进行应变的分布式测量。

目前，利用光纤传感技术对分布式温度和应变同时进行测量时通常采用双光纤法，该方法有两种方案，一种方案是两根光纤并行铺设，两根光纤布里渊频移的温度、应变系数不同，测量两根光纤的布里渊频移，通过联立方程组求解温度和应变,该方法只适用于特殊定制光纤，不能应用于通信用光缆或光电复合缆。另一种双光纤方案同样是两根光纤并行铺设，其中一根光纤只受温度影响，另一根同时受温度和应变的影响，测量两根光纤的布里渊频移，通过联立方程组求解温度和应变，这种方案也不适用于已经铺设的通信用光缆或光电复合缆。另外，将拉曼光纤分布式测温技术与布里渊技术相结合的测量方法可应用于单根光纤，但这种方法需要两套光路系统，其系统结构复杂，成本高，而且很难应用于单模光纤。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种利用单根光纤和单套光路系统对分布式温度与应变同时进行测量的方法，在减少设备投资的同时，扩大测量系统的适用范围。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种分布式温度与应变同时测量方法，它以共用同一套光路系统和电路系统的布里渊光时域反射计（BOTDR）和相干光时域反射计（COTDR）为传感测量系统，所述传感测量系统轮流工作于BOTDR模式和COTDR模式，测量出沿单根单模传感光纤分布的布里渊散射谱和瑞利散射谱，并检测出布里渊散射谱的频移和瑞利散射谱的频移，然后根据两种散射谱频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立关于温度和应变的二元一次方程组，通过求解方程组获得传感光纤每一位置处的温度和应变，进而获得沿整条传感光纤分布的温度和应变。

上述分布式温度与应变同时测量方法，所述传感测量系统包括窄线宽可调谐激光器、两个光纤耦合器、光移频器、光开关、光脉冲调制器、两个扰偏器、光放大器、光纤环行器、恒温参考光纤、传感光纤、X形光纤耦合器、平衡光电检测器、微波带通滤波器、微波放大器、微波检波器、信号处理与控制单元；窄线宽可调谐激光器发出的激光经第一光纤耦合器分为两路：第一路经光移频器进入第二光纤耦合器，第二路输入到光开关的端口a；第二光纤耦合器的输出光分为两路：第一路依次经光脉冲调制器、第一扰偏器、光放大器输入到光纤环行器的输入端d，第二路输入到光开关的端口b；光开关的端口c经第二扰偏器连接到X形光纤耦合器的一个输入端；光纤环行器的端口e输出的入射光经参考光纤输入到传感光纤，散射光从光纤环行器的端口f输出到X形光纤耦合器的另一输入端；X形光纤耦合器的两输出端连接平衡光电检测器的输入端；平衡光电检测器输出的差频布里渊散射信号依次经微波带通滤波器、微波放大器和微波检波器送入信号处理与控制单元，平衡光电检测器输出的瑞利散射信号直接送入信号处理与控制单元，光移频器、光脉冲调制器和光开关的时序控制端接信号处理与控制单元。

上述分布式温度与应变同时测量方法，它按以下步骤进行处理：

a.布里渊散射谱频移的测量

信号处理与控制单元控制光开关的a端与c端接通，使传感测量系统工作于BOTDR模式，通过光移频器对窄线宽可调谐激光器发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到布里渊散射谱中心频率，进而求得布里渊散射谱频移，其中，为预先测定的光纤在0℃和零应变状态下的布里渊散射谱中心频率；

b.瑞利散射谱频移的测量

信号处理与控制单元控制光开关的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式，通过光移频器对窄线宽可调谐激光器发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元测量出实测瑞利散射谱，并与基准瑞利散射谱作互相关运算，由互相关峰值位置计算出实测瑞利散射谱相对基准瑞利散射谱的频率偏移；

c.温度与应变的解调

利用布理渊散射谱和瑞利散射谱的频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立下列二元一次方程组：

式中，为温度变化量，为应变变化量，和分别为布里渊频移的温度系数和应变系数，和分别为瑞利散射谱频移的温度系数和应变系数，求解该方程组即可得到温度变化量和应变变化量，进而解调出温度和应变。

上述分布式温度与应变同时测量方法，布里渊频移的温度系数和应变系数、瑞利散射谱频移的温度系数和应变系数通过标定获得，标定步骤如下：

a.布里渊频移的温度系数和应变系数的标定

①信号处理与控制单元控制光开关的a端与c端接通，使测量系统工作于BOTDR模式，将传感光纤置于0℃的恒温箱中，并使之处于零应变状态，通过光移频器对窄线宽可调谐激光器发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到沿光纤分布的布里渊散射谱中心频率；

②将放置光纤的恒温箱温度依次调节为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，分别测得光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合获得布里渊频移的温度系数；

③将传感光纤置于恒定温度环境，对光纤进行拉伸，使光纤应变分别为0、100μe、200μe、300μe、400μe、500μe，分别测得光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合获得布里渊频移的应变系数；

b.瑞利散射谱频移的温度系数和应变系数的标定

①信号处理与控制单元控制光开关的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式，参考光纤的温度设置为恒定值，应变设置为零；放置传感光纤的恒温箱温度设置为0℃，对窄线宽可调谐激光器发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元测量出实测瑞利散射谱；

②按照上述方法测得传感光纤分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃时的瑞利散射谱，通过与0℃瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各温度点相对于0℃时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合获得瑞利散射谱频移的温度系数；

③将传感光纤置于恒定温度状态，对其进行拉伸，使传感光纤应变分别为0、100μe、200μe、300μe、400μe、500μe，分别测得传感光纤的瑞利散射谱，通过与零应变瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各应变量相对于零应变时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合获得瑞利散射谱频移的应变系数。

上述分布式温度与应变同时测量方法，所述窄线宽可调谐激光器所输出激光的波长位于光纤通信C波段，其线宽小于1MHz。

本发明利用一套光路系统实现对分布式温度与应变的同时测量，大大降低了系统的复杂性和制造成本。该方法只需一根普通单模传感光纤，对光纤布里渊频移系数没有特别要求，不需要特殊定制光纤和对光纤进行特殊处理，扩大了测量系统的适用范围。此外，本方法采用参考光纤进行光源频率漂移检测，并对COTDR瑞利散射谱进行频率校正，提高了系统的测量精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明所采用传感测量系统的框图；

图2是沿光纤分布的布里渊散射谱示意图；

图3是瑞利散射谱示意图（实线表示基准瑞利散射谱，虚线表示实测瑞利散射谱）；

图4是瑞利散射谱互相关函数示意图；

图5是沿光纤分布的瑞利散射谱互相关函数示意图。

图中各标号清单为：1、窄线宽可调谐激光器；2、第一光纤耦合器；3、光移频器；4、光开关；5、第二光纤耦合器；6、光脉冲调制器；7、第一扰偏器；8、光放大器；9、光纤环行器；10、恒温参考光纤；11、传感光纤；12、第二扰偏器；13、X形光纤耦合器；14、平衡光电检测器；15、微波带通滤波器；16、微波放大器；17、微波检波器；18、信号处理与控制单元。

文中所用符号清单为：、布里渊散射谱中心频率；、布里渊散射谱频移；、光纤在0℃和零应变状态下的布里渊散射谱中心频率；、瑞利散射谱频移；、温度变化量；、应变变化量；、布里渊频移的温度系数；、布里渊频移的应变系数；、瑞利散射谱频移的温度系数；、瑞利散射谱频移的应变系数。

具体实施方式

本发明的光路系统轮流工作于BOTDR和COTDR模式。

1）BOTDR工作模式。

信号处理与控制单元18控制光开关4的a端与c端接通，使测量系统工作于BOTDR模式，假定所用光纤0℃和零应变状态下布里渊散射谱中心频率为（入射光波长1550nm时，典型值在为10.5GHz左右）。

窄线宽可调谐激光器1发出波长为C波段（例如1550nm）的连续光，被第一光纤耦合器2分为两路，第一路经光移频器3，使入射光频率产生（GHz）～（GHz）上偏移（例如9～10GHz，当GHz时），即光频率增大（GHz）～（GHz），且在（GHz）～（GHz）区间是以固定频率（例如5MHz）为步进间隔的离散频率点；经第二光纤耦合器5再分为两路，第一路经光脉冲调制器6调制成脉冲光（脉冲宽度与距离分辨率相对应，例如10ns脉宽对应距离分辨率1m）；第一光纤耦合器2和第二光纤耦合器5可采用保偏光纤耦合器；脉冲光的偏振态被第一扰偏器7随机化扰乱后，被光放大器8放大，进入环行器9的端口d，由端口e输出进入恒温参考光纤10和传感光纤11，散射光由端口e进入环行器9，再由端口f输出到X型光纤耦合器13；第一光纤耦合器2的第二路输出作为本振光，经光开关4和第二扰偏器12输入到X形光纤耦合器13；平衡光电检测器14检测出本振光与布里渊斯托克斯散射光的差频信号，当光移频器3以固定频率间隔（例如5MHz）改变输出光频率，使差频的布里渊斯托克斯光谱逐次移动同样的频率间隔，经过中心频率为1GHz、3dB带宽在50MHz以内的微波带通滤波器15，并由微波放大器16和微波检波器17进行放大和检波，然后由信号处理与控制单元18进行数据采集、平均和存储，检测出沿光纤的布里渊散射谱二维分布，如图2所示；光移频器3的频率步进由信号处理与控制单元18控制并与数据采集同步。通过对布里渊散射谱进行洛仑兹函数拟合，得到布里渊散射谱中心频率。当传感光纤处于已知温度和零应变状态下，获得布里渊散射谱中心频率，当传感光纤处于未知温度和应变状态下，获得布里渊散射谱中心频率，求差可得到布里渊散射谱频移。

光移频器3的频率步进间隔可设为10MHz以下，间隔越小测量精度高。上述光移频器的移频区间也可适当缩小，但范围需取500MHz（例如GHz～GHz区间）以上。

2）COTDR工作模式。

信号处理与控制单元18控制光开关4的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式。参考光纤始终置于已知恒温及零应变状态。

在系统进行温度与应变传感之前，首先测出基准瑞利散射谱。将传感光纤置于已知温度及应变状态，将窄线宽可调谐激光器1频率按大步进频率间隔（例如1GHz）调节，共扫频21个以上频率点，当光源每调节到一个频率点，光移频器3按小步进间隔（例如10MHz）进行扫频，扫频范围宽度等于大步进频率间隔（1GHz），总的频率调节范围宽度为20GHz或以上；脉冲调制器6调制脉冲光，脉冲宽度与BOTDR模式相同。平衡光电检测器14检测不同入射光频率下的瑞利散射信号，由信号处理与控制单元18采集和处理，作为基准瑞利散射谱在系统中存储下来。光移频器3的频率步进由信号处理与控制单元18控制并与数据采集同步。参考光纤与传感光纤串接在一起，因此基准瑞利散射谱包括了参考光纤与传感光纤的瑞利散射谱。

当传感光纤处于传感状态，将光源波长设为1550nm，光移频器3以小步进间隔（10MHz）进行扫频，扫频范围宽度1GHz（范围也可增大，但会增加测量时间），测量出实测瑞利散射谱（范围为1GHz）。图3中实线为基准瑞利散射谱，虚线为实测瑞利散射谱，当光纤温度或应变发生变化时，会导致实测瑞利散射谱产生频移。基准瑞利散射谱频率范围要覆盖实测瑞利散射谱的范围，而且基准瑞利散射谱实际比实测瑞利散射谱的范围要宽很多，图3中基准瑞利散射谱只显示了与实测瑞利散射谱频率范围重叠部分。计算实测瑞利散射谱与基准瑞利散射谱互相关函数，图4为互相关函数曲线示意图，其互相关峰值位置对应实测瑞利散射谱相对基准瑞利散射谱的频移。检测互相关函数峰值位置，可检测出瑞利散射谱频移。图5为互相关函数沿传感光纤的二维分布示意图。

参考光纤处于恒温环境下，其温度和应变保持不变，由于光源频率漂移，则参考光纤的实测瑞利散射谱在基准瑞利散射谱中也发生频谱移动，该频移即为光源频率漂移，检测出该频移，对传感光纤的实测瑞利散射谱进行频率校正。参考光纤长度可设为50米左右。

3）光纤温度与应变分布的解调

系统分别在BOTDR和COTDR工作模式下测得布里渊散射谱频移和瑞利散射谱频移，利用布理渊散射谱和瑞利散射谱的频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立下列二元一次方程组：

（1）

为温度变化量，为应变变化量，和分别为布里渊频移的温度系数和应变系数，和分别为瑞利散射谱频移的温度系数和应变系数。对于普通单模光纤及光源波长为1550nm条件下，约为1MHz/℃，约为0.05MHz/μe，约为-1.3GHz/℃,约为-0.15GHz/μe，因此方程组（1）有解，通过检测布里渊散射频移和瑞利散射谱频移，即可解调出温度和应变。方程组（1）的四个系数可通过实验进行标定。

温度与应变分布的位置利用光时域反射原理确定，即光脉冲发送时刻与散射信号检测时刻的时间差，对应光纤上散射点位置，测量的空间分辨率为，T为脉冲时间宽度，C为光速，n为光纤折射率。

在上述系统中，可在光路中任意位置加入光衰减器，以调节光功率，在微波部件之间可加入微波衰减器，以调节微波信号功率。

分布式温度与应变同时测量方法分为三步：

1）温度系数和应变系数标定

a.BOTDR光纤布里渊温度系数和应变系数标定

信号处理与控制单元18控制光开关4的a端与c端接通，使测量系统工作于BOTDR模式。将传感光纤置于恒温箱中，光纤处于零应变状态。信号处理与控制单元18由1GHz高速采集卡（型号U1067A）、D/A转换卡（型号PCI-8324AF）以及计算机构成。

假定所用单模光纤0℃和零应变状态下布里渊散射谱中心频率为10.5GHz。光源1采用OrbitsLightwave公司的EthernalSlowLight1550nm的窄线宽连续直流光。光移频器3对光源的直流光产生9～10GHz（5MHz频率步进间隔）的上频率偏移，光移频器3主要由双驱动型电光调制器（型号KG-DDMZ）、微波频率综合器（型号DDS0406G）及微波倍频器（型号ABDF4360）构成；光脉冲调制器6）（型号KG-PLBOX-15）输出宽度10ns的脉冲光；平衡光电检测器14（型号KG-BPR-200M-B）输出的背向布里渊散射差频信号进行微波带通滤波、放大和检波，微波带通滤波器15（型号ABPF1000B20）中心频率为1GHz，3dB带宽为50MHz；微波放大器16（型号WLNA0812L30）中心工作频率为1GHz，3dB带宽为300MHz，增益为30dB，微波检波器17（型号DET0911）工作中心频率为1GHz，3dB带宽100MHz。信号处理与控制单元18对检波信号进行数据采集、平均和存储，并对光移频器、光脉冲调制器和光开关进行时序控制。

当光移频器3以5MHz步进间隔在9～10GHz区间上偏移时，平衡光电检测器14输出的背向布里渊散射差频信号中心频率也以5MHz步进间隔逐次移动，经过工作于中心频率1GHz的微波带通滤波器和检波器，即可检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到沿光纤分布的布里渊散射谱中心频率。

放置传感光纤的恒温箱温度分别设置为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，分别测得传感光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合可获得布里渊频移温度系数。

将传感光纤置于恒定温度（例如0℃）状态，对光纤进行拉伸，使光纤应变分别为0、100μe、200μe、300μe、400μe、500μe，分别测得光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合可获得布里渊频移应变系数。

b.COTDR光纤瑞利温度系数和应变系数标定。

信号处理与控制单元18控制光开关4的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式。参考光纤的温度设置为恒定值（例如20℃），应变设置为零。

放置传感光纤的恒温箱温度设置0℃，窄线宽可调谐激光器1以（对应光源波长1550nm时的频率）为中心，使光源频率在（GHz）～（GHz）区间、按大步进频率（1GHz）间隔扫频调节光频率，共扫频21个频率点，光频率调节范围宽度为20GHz，该范围宽度也可适当增大或减小；当光源每调节到一个频率点，光移频器3按小步进间隔（10MHz）进行扫频调节，扫频区间宽度等于大步进频率间隔（1GHz）。平衡光电检测器14对背向瑞利散射直接检测，由信号处理与控制单元18进行数据采集，可获得扫频范围宽度为20GHz、扫频间隔为小步进间隔（10MHz）的瑞利散射谱。

按照上述方法测得传感光纤分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃时的瑞利散射谱，通过与0℃瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各温度点相对于0℃时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合可获得瑞利散射谱频移温度系数。

类似地，将传感光纤置于恒定温度（例如0℃）状态，对传感光纤进行拉伸，使光纤应变分别为0、100μe、200μe、300μe、400μe、500μe，分别测得光纤瑞利散射谱，通过与零应变瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各应变量相对于零应变时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合可获得瑞利散射谱频移应变系数。将参考光纤恒温零应变、传感光纤处于0℃和零应变状态下的瑞利散射谱作为基准瑞利散射谱进行存储。

2）光纤布里渊散射谱与瑞利散射谱测量

将传感光纤置于待测环境中，系统轮流工作于BOTDR模式与COTDR模式。

a.BOTDR工作模式

信号处理与控制单元18控制光开关4的a端与c端接通，使测量系统工作于BOTDR模式。

与BOTDR光纤布里渊温度系数和应变系数标定过程一样，将窄线宽可调谐激光器1波长设为1550nm，通过光移频器3对光源进行9～10GHz上频率偏移扫频，扫频间隔为5MHz，信号处理与控制单元18检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到布里渊散射谱中心频率，与预先测定的0℃及零应变状态下的布里渊散射谱中心频率之差，即为布里渊散射谱频移（）。

b.COTDR工作模式

信号处理与控制单元18控制光开关4的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式。

与COTDR光纤标定过程一样，将窄线宽可调谐激光器1波长设为1550nm，通过移频器3对光源进行9～10GHz上频率偏移扫频，扫频间隔为10MHz，扫频范围宽度1GHz（与BOTDR扫频区间重合，使系统简化），信号处理与控制单元18测量出实测瑞利散射谱，并与基准瑞利散射谱作互相关运算，由互相关峰值位置计算出实测瑞利散射谱相对基准瑞利散射谱的频率偏移。

参考光纤的温度设置为恒定值（例如20℃）并处于零应变状态。由于光源频率的漂移，参考光纤的实测瑞利散射谱也发生频谱移动，按上述方法检测出该频移，对传感光纤的实测瑞利散射谱进行校正。

3）温度与应变解调

系统分别在BOTDR和COTDR工作模式下测得布里渊散射谱的相对频移和瑞利散射谱的相对频移，利用标定的系数，建立下列二元一次方程组：

（2）

由于与为相对传感光纤0℃及零应变状态下的频移量，因此方程组（2）求解出的温度与应变均为绝对值。

Claims (2)

1.一种分布式温度与应变同时测量方法，其特征是，该方法以共用同一套光路系统和电路系统的布里渊光时域反射计(BOTDR)和相干光时域反射计(COTDR)为传感测量系统，所述传感测量系统轮流工作于BOTDR模式和COTDR模式，测量出沿单根单模传感光纤分布的布里渊散射谱和瑞利散射谱，并检测出布里渊散射谱的频移和瑞利散射谱的频移，然后根据两种散射谱频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立关于温度和应变的二元一次方程组，通过求解方程组获得传感光纤每一位置处的温度和应变，进而获得沿整条传感光纤分布的温度和应变；

所述传感测量系统包括窄线宽可调谐激光器(1)、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光移频器(3)、光开关(4)、光脉冲调制器(6)、两个扰偏器、光放大器(8)、光纤环行器(9)、恒温参考光纤(10)、传感光纤(11)、X形光纤耦合器(13)、平衡光电检测器(14)、微波带通滤波器(15)、微波放大器(16)、微波检波器(17)、信号处理与控制单元(18)；窄线宽可调谐激光器(1)发出的激光经第一光纤耦合器(2)分为两路：第一路经光移频器(3)进入第二光纤耦合器(5)，第二路输入到光开关(4)的端口a；第二光纤耦合器(5)的输出光分为两路：第一路依次经光脉冲调制器(6)、第一扰偏器(7)、光放大器(8)输入到光纤环行器(9)的输入端d，第二路输入到光开关(4)的端口b；光开关(4)的端口c经第二扰偏器(12)连接到X形光纤耦合器(13)的一个输入端；光纤环行器(9)的端口e输出的入射光经参考光纤(10)输入到传感光纤(11)，散射光从光纤环行器(9)的端口f输出到X形光纤耦合器(13)的另一输入端；X形光纤耦合器(13)的两输出端连接平衡光电检测器(14)的输入端；平衡光电检测器(14)输出的差频布里渊散射信号依次经微波带通滤波器(15)、微波放大器(16)和微波检波器(17)送入信号处理与控制单元(18)，平衡光电检测器(14)输出的瑞利散射信号直接送入信号处理与控制单元(18)，光移频器(3)、光脉冲调制器(6)和光开关(4)的时序控制端接信号处理与控制单元(18)；

所述分布式温度与应变同时测量方法包括以下步骤：

a.布里渊散射谱频移δv_B的测量

信号处理与控制单元(18)控制光开关(4)的a端与c端接通，使传感测量系统工作于BOTDR模式，通过光移频器(3)对窄线宽可调谐激光器(1)发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元(18)检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到布里渊散射谱中心频率v_B，进而求得布里渊散射谱频移δv_B＝v_B-v_B0，其中，v_B0为预先测定的光纤在0℃和零应变状态下的布里渊散射谱中心频率；

b.瑞利散射谱频移δv_R的测量

信号处理与控制单元(18)控制光开关(4)的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式，通过光移频器(3)对窄线宽可调谐激光器(1)发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元(18)测量出实测瑞利散射谱，并与基准瑞利散射谱作互相关运算，由互相关峰值位置计算出实测瑞利散射谱相对基准瑞利散射谱的频率偏移δv_R；

c.温度与应变的解调

利用布理渊散射谱和瑞利散射谱的频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立下列二元一次方程组：

δv_B＝C_BT·δT+C_Bε·δε

δv_R＝C_RT·δT+C_Rε·δε

式中，δT为温度变化量，δε为应变变化量，C_BT和C_Bε分别为布里渊频移的温度系数和应变系数，C_RT和C_Rε分别为瑞利散射谱频移的温度系数和应变系数，求解该方程组即可得到温度变化量δT和应变变化量δε，进而解调出温度和应变；

布里渊频移的温度系数C_BT和应变系数C_Bε、瑞利散射谱频移的温度系数C_RT和应变系数C_Rε通过标定获得，标定步骤如下：

a.布里渊频移的温度系数C_BT和应变系数C_Bε的标定

①信号处理与控制单元(18)控制光开关(4)的a端与c端接通，使测量系统工作于BOTDR模式，将传感光纤置于0℃的恒温箱中，并使之处于零应变状态，通过光移频器(3)对窄线宽可调谐激光器(1)发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元(18)检测出沿传感光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到沿传感光纤分布的布里渊散射谱中心频率；

②将放置传感光纤的恒温箱温度依次调节为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，分别测得传感光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合获得布里渊频移的温度系数C_BT；

③将传感光纤置于恒定温度环境，对传感光纤进行拉伸，使传感光纤应变分别为0、100με、200με、300με、400με、500με，分别测得传感光纤布里渊散射谱中心频率，通过线性拟合获得布里渊频移的应变系数C_Bε；

b.瑞利散射谱频移的温度系数C_RT和应变系数C_Rε的标定

①信号处理与控制单元(18)控制光开关(4)的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式，参考光纤的温度设置为恒定值，应变设置为零；放置传感光纤的恒温箱温度设置为0℃，对窄线宽可调谐激光器(1)发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元(18)测量出实测瑞利散射谱；

②测得传感光纤分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃时的瑞利散射谱，通过与0℃瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各温度点相对于0℃时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合获得瑞利散射谱频移的温度系数C_RT；

③将传感光纤置于恒定温度状态，对其进行拉伸，使传感光纤应变分别为0、100με、200με、300με、400με、500με，分别测得传感光纤的瑞利散射谱，通过与零应变瑞利散射谱进行频域互相关运算，计算出上述各应变量相对于零应变时的瑞利散射谱的频移，再通过线性拟合获得瑞利散射谱频移的应变系数C_Rε。

2.根据权利要求1所述的一种分布式温度与应变同时测量方法，其特征是，所述窄线宽可调谐激光器(1)所输出激光的波长位于光纤通信C波段，其线宽小于1MHz。