CN112611410B - Botda系统及botda系统自动断纤定位方法 - Google Patents

Botda系统及botda系统自动断纤定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112611410B
CN112611410B CN202011419928.5A CN202011419928A CN112611410B CN 112611410 B CN112611410 B CN 112611410B CN 202011419928 A CN202011419928 A CN 202011419928A CN 112611410 B CN112611410 B CN 112611410B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
module
breaking
positioning
time domain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011419928.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112611410A (zh
Inventor
付敏杰
陈科新
孟宇航
吴正明
姜明武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Guangge Technology Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Guangge Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Guangge Technology Co Ltd filed Critical Suzhou Guangge Technology Co Ltd
Priority to CN202011419928.5A priority Critical patent/CN112611410B/zh
Publication of CN112611410A publication Critical patent/CN112611410A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112611410B publication Critical patent/CN112611410B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
    • G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

BOTDA系统及BOTDA系统自动断纤定位方法
技术领域
本发明属于光纤技术领域，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。
背景技术
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(Optical Time Domain Reflectometer，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。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明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（Fiber Bragg Grating，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。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能；而本发明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，根据本发明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。
根据本发明的另一方面，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，根据本发明公开的一种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长度范围。
更进一步地，所述第二预定长度大于80m。
更进一步地，所述第二预定长度范围为光纤上从光纤首端到距离光纤首端100米的长度范围。
脉冲光在光纤中传播时，逐渐衰弱，所以第二预定范围以光纤首端作为起始点。
进一步地，在进行所述步骤5后，所述BOTDA系统自动断纤定位方法还包括如下步骤：
步骤6，定位最终的断纤位置
重复所述步骤2到步骤4直至得到所述初始功率列表上的每一个功率对应的初步断纤位置P；
在所述定位调查对象矩阵S’中，找到所有的初步断纤位置P对应的时域功率值中的最大值，并将该最大值对应的初步断纤位置P作为最终的断纤位置。
使用初始功率列表上的多组功率，分别计算求得对应的初步的断纤位置P，准确的断纤位置是所有的初步的断纤位置P中时域功率值最大值对应的位置P，该处理方法能很好的兼容BOTDA系统设备的差异性，提高定位准确性。
进一步地，所述步骤1中，当所述后向布里渊散射信号为斯托克斯信号时，将所述FBG模块的温度降低预定温度；当所述后向布里渊散射信号为反斯托克斯信号时，将所述FBG模块的温度升高预定温度。
更进一步地，所述预定温度为8℃-10℃。
由于布里渊散射信号相对频率为±11GHz，即与瑞利散射信号的波长差为0.88nm，当过滤stokes信号时，断纤定位前应将FBG模块降低8-10℃；当过滤anti-stokes信号时，断纤定位前应将FBG模块升高8-10℃。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的一个实施例中一种能够自动断纤定位的BOTDA系统的原理框图；
图2是本发明的一个实施例中一种BOTDA系统自动断纤定位方法的动作流程图；
图3为本发明的一个实施例中FBG模块过滤后向布里渊散射信号的原理示意图；以及
图4为本发明的又一个实施例中FBG模块过滤后向布里渊散射信号的原理示意图。
其中，1为连续光模块，2为脉冲光模块，3为光信号探测采集模块，4为FBG模块，5为第一环形器，6为第二环形器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的发明构思如下，提供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，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。
下面将参照附图来描述本发明，其中图1是本发明的一个实施例中一种能够自动断纤定位的BOTDA系统的原理框图；图2是本发明的一个实施例中一种BOTDA系统自动断纤定位方法的动作流程图；图3为本发明的一个实施例中FBG模块过滤后向布里渊散射信号的原理示意图；以及图4为本发明的又一个实施例中FBG模块过滤后向布里渊散射信号的原理示意图。
如图1所示，根据本发明的实施例，一种能够自动断纤定位的BOTDA系统，包括脉冲光模块2；用于与监测光纤的末端连接的连续光模块1；第一环形器5；第二环形器6；FBG模块4；以及光信号探测采集模块3，其中，所述脉冲光模块2与所述第一环形器5的第一端口连接，所述第一环形器5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5的第三端口与第二环形器6的第一端口连接，所述第二环形器6的第二端口与所述FBG模块4连接，所述第二环形器6的第三端口与所述光信号探测采集模块3连接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，传统BOTDA系统不具备自动探测断纤并定位断纤位置的功能；而本发明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5第三端口获得后向布里渊散射信号，再通过第二环形器6进入到FBG模块4中进行滤波，再由光信号探测采集模块3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4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4包含有TEC控温结构及电路，通过调节FBG模块4的温度改变FBG模块4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4的温度使FBG模块4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，根据本发明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4的参数为：FBG模块4中心波长为1550.06nm，3dB带宽为0.1nm，峰值反射率在96%以上。
如图2所示，根据本发明的另一方面，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4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4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3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，根据本发明公开的一种BOTDA系统自动断纤定位方法还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述预定数量为2。
根据本发明的一些实施例，所述第一预定比例为101%到105%。
根据本发明的一些实施例，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。
根据本发明的一些实施例，所述第一预定长度为80m-120m。
根据本发明的一些实施例，所述第一预定长度为100米。
根据本发明的一些实施例，如图2所示，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4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3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。
根据本发明的一些实施例，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。
根据本发明的一些实施例，所述第二预定比例为5%到10%。
根据本发明的一些实施例，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长度范围。
根据本发明的一些实施例，所述第二预定长度大于80m。
根据本发明的一些实施例，所述第二预定长度范围为光纤上从光纤首端到距离光纤首端100米的长度范围。
脉冲光在光纤中传播时，逐渐衰弱，所以第二预定范围以光纤首端作为起始点。
根据本发明的一些实施例，在进行所述步骤5后，所述BOTDA系统自动断纤定位方法还包括如下步骤：
步骤6，定位最终的断纤位置
重复所述步骤2到步骤4直至得到所述初始功率列表上的每一个功率对应的初步断纤位置P；
在所述定位调查对象矩阵S’中，找到所有的初步断纤位置P对应的时域功率值中的最大值，并将该最大值对应的初步断纤位置P作为最终的断纤位置。
使用初始功率列表上的多组功率，分别计算求得对应的初步的断纤位置P，准确的断纤位置是所有的初步的断纤位置P中时域功率值最大值对应的位置P，该处理方法能很好的兼容BOTDA系统设备的差异性，提高定位准确性。
根据本发明的一些实施例，所述步骤1中，当所述后向布里渊散射信号为斯托克斯信号时，将所述FBG模块4的温度降低预定温度；当所述后向布里渊散射信号为反斯托克斯信号时，将所述FBG模块4的温度升高预定温度。
根据本发明的一些实施例，所述预定温度为8℃-10℃。
由于布里渊散射信号相对频率为±11GHz，即与瑞利散射信号的波长差为0.88nm，当过滤stokes信号时，断纤定位前应将FBG模块4降低8-10℃，如图3所示；当过滤anti-stokes信号时，断纤定位前应将FBG模块4升高8-10℃，如图4所示。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

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；
其中，通过第一环形器的第三端口获得后向布里渊散射信号，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，当所述后向布里渊散射信号为斯托克斯信号时，将所述FBG模块的温度降低预定温度；当所述后向布里渊散射信号为反斯托克斯信号时，将所述FBG模块的温度升高预定温度。
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。
5.根据权利要求4所述的一种BOTDA系统自动断纤定位方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的一种BOTDA系统自动断纤定位方法，其特征在于，所述第二预定比例为5%到10%。
7.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，在进行所述步骤5后，所述BOTDA系统自动断纤定位方法还包括如下步骤：
步骤6，定位最终的断纤位置
重复所述步骤2到步骤4直至得到所述初始功率列表上的每一个功率对应的初步断纤位置P；
在所述定位调查对象矩阵S’中，找到所有的初步断纤位置P对应的时域功率值中的最大值，并将该最大值对应的初步断纤位置P作为最终的断纤位置。
8.根据权利要求1所述的一种BOTDA系统自动断纤定位方法，其特征在于，所述预定温度为8℃-10℃。
9.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，所述预定次数为2。
CN202011419928.5A 2020-12-08 2020-12-08 Botda系统及botda系统自动断纤定位方法 Active CN112611410B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011419928.5A CN112611410B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 Botda系统及botda系统自动断纤定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011419928.5A CN112611410B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 Botda系统及botda系统自动断纤定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112611410A CN112611410A (zh) 2021-04-06
CN112611410B true CN112611410B (zh) 2022-08-05

Family

ID=75229182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011419928.5A Active CN112611410B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 Botda系统及botda系统自动断纤定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112611410B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114111861B (zh) * 2022-01-25 2022-05-10 苏州光格科技股份有限公司 Botda系统、控制方法及存储介质

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009068094A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Prysmian S.P.A. Method and system for fiber-optic monitoring of spatially distributed components
CN101893456A (zh) * 2010-07-14 2010-11-24 宁波诺驰光电科技发展有限公司 一种环路型光纤传感器
CN102221421A (zh) * 2011-03-29 2011-10-19 宁波诺驰光电科技发展有限公司 一种分布式光纤温度与应变测量传感器及其测量方法
CN102759371A (zh) * 2012-07-19 2012-10-31 南京大学 融合cotdr的长距离相干检测布里渊光时域分析仪
CN204330014U (zh) * 2014-12-11 2015-05-13 威海北洋光电信息技术股份公司 基于布里渊的长距离双参量监测装置
WO2015181432A1 (es) * 2014-05-30 2015-12-03 Universidad Pública de Navarra Sensor de medida de la distribución de magnitudes físicas en una fibra óptica y procedimiento de medida asociado
CN105675020A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 南京大学 一种用于提高botdr抗辐射能力的系统及其方法
CN107091698A (zh) * 2017-06-16 2017-08-25 苏州光格设备有限公司 布里渊光时域分析系统及方法
CN110553674A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 华为技术有限公司 一种测量方法及测量装置
CN209783771U (zh) * 2019-04-15 2019-12-13 广州大学 一种光纤传感器及制作模具
CN110631618A (zh) * 2019-09-23 2019-12-31 苏州光格设备有限公司 一种φ-OTDR分布式光纤传感系统断纤定位方法
CN111189483A (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 中兴通讯股份有限公司 分布式光纤传感系统及其控制方法、控制装置、存储介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7480460B2 (en) * 2005-03-29 2009-01-20 University Of New Brunswick Dynamic strain distributed fiber optic sensor
US20080266570A1 (en) * 2007-04-26 2008-10-30 Sezerman Omur M Detection and location of breaks in distributed brillouin fiber sensors

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009068094A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 Prysmian S.P.A. Method and system for fiber-optic monitoring of spatially distributed components
CN101893456A (zh) * 2010-07-14 2010-11-24 宁波诺驰光电科技发展有限公司 一种环路型光纤传感器
CN102221421A (zh) * 2011-03-29 2011-10-19 宁波诺驰光电科技发展有限公司 一种分布式光纤温度与应变测量传感器及其测量方法
CN102759371A (zh) * 2012-07-19 2012-10-31 南京大学 融合cotdr的长距离相干检测布里渊光时域分析仪
EP3150969A1 (en) * 2014-05-30 2017-04-05 Universidad Pública De Navarra Sensor for measuring the distribution of physical magnitudes in an optical fibre and associated measuring method
WO2015181432A1 (es) * 2014-05-30 2015-12-03 Universidad Pública de Navarra Sensor de medida de la distribución de magnitudes físicas en una fibra óptica y procedimiento de medida asociado
CN204330014U (zh) * 2014-12-11 2015-05-13 威海北洋光电信息技术股份公司 基于布里渊的长距离双参量监测装置
CN105675020A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 南京大学 一种用于提高botdr抗辐射能力的系统及其方法
CN107091698A (zh) * 2017-06-16 2017-08-25 苏州光格设备有限公司 布里渊光时域分析系统及方法
CN110553674A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 华为技术有限公司 一种测量方法及测量装置
CN111189483A (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 中兴通讯股份有限公司 分布式光纤传感系统及其控制方法、控制装置、存储介质
CN209783771U (zh) * 2019-04-15 2019-12-13 广州大学 一种光纤传感器及制作模具
CN110631618A (zh) * 2019-09-23 2019-12-31 苏州光格设备有限公司 一种φ-OTDR分布式光纤传感系统断纤定位方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Enhanced genetic diversity of weedy rice populations associated with latitude decreases revealed by simple sequence repeat fingerprints;Wang, Z等;《JOURNAL OF SYSTEMATICS AND EVOLUTION 》;20190131;第57卷(第1期);全文 *
Limits of BOTDA Range Extension Techniques;Angulo-Vinuesa, X等;《IEEE SENSORS JOURNAL》;20160515;第16卷(第10期);全文 *
Visual saliency-based image binarization approach for detection of surface microcracks by distributed optical fiber sensors;Song, QS等;《STRUCTURAL HEALTH MONITORING-AN INTERNATIONAL JOURNAL》;20191009;第18卷(第6期);全文 *
基于BOTDA/R的在运光纤复合架空地线光缆应变监测对比分析;夏猛等;《光学学报》;20200831;第40卷(第15期);全文 *
基于套嵌光纤光栅的高灵敏度光纤电流传感器;李贺飞等;《量子电子学报》;20160915;第33卷(第5期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112611410A (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105806465B (zh) 一种基于固定反射点的新型φ-otdr探测装置及其探测方法
WO2020010824A1 (zh) 面向光纤拉曼温度传感系统的自校准检测装置及温度解调方法
CN103063242A (zh) 基于光时域反射与光纤光栅分布式实时监测系统及方法
CN103808339A (zh) 基于多波长脉冲光信号的otdr装置及方法
CN110307920B (zh) 基于噪声调制的光纤温度、应力传感系统及测量方法
CN105953941A (zh) 一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置
CN103364107A (zh) 一种衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统
CN112611410B (zh) Botda系统及botda系统自动断纤定位方法
CN105115621A (zh) 一种双端注入环形结构的拉曼传感测温系统及方法
CN109029770B (zh) 基于环路解调的分布式光纤拉曼温度及应变解调方法
CN105221936A (zh) 一种监测和定位直埋热力管道泄漏点的装置及其控制方法
CN110631618B (zh) 一种φ-OTDR分布式光纤传感系统断纤定位方法
CN105651771A (zh) 一种集成颜色传感-时间温度指示的农产品品质监测方法
CN102928740B (zh) 智能集合型故障诊断与在线测温系统
CN105116285A (zh) 一种电力隧道电缆运行监测系统
WO2020098277A1 (zh) 分布式光纤传感系统及其控制方法、控制装置、存储介质
CN110243548A (zh) 一种光缆接续盒渗水检测系统
CN202939260U (zh) 具有故障诊断和在线测温功能的智能平台
CN108896091B (zh) 一种光纤光栅解调仪的标定方法及系统
CN203811294U (zh) 一种衰减自补偿的光纤拉曼电缆温度监测与报警系统
CN202631153U (zh) 带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器
CN109341892A (zh) 用于分布式光纤测温的数据采集电路及数据处理方法
CN109211433A (zh) 基于频域解析的分布式光纤温度传感装置
CN211696444U (zh) 一种可实现长距离输电线路融冰监测的光纤监测系统
CN201297967Y (zh) 一种环路探测型分布式光纤温度传感装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant