CN116148226A - 基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，依次采用放大器和滤波器对所述分布式光纤传感的多参量电力光缆的输出信号进行解调，并获得自发布里渊散射信号；步骤2，对所述自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，并分别求解划分后的所述自发布里渊散射信号的中心频率；其中，所述中心频率是所述自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合后获得的；步骤3，基于不同空间分辨率划分下所述中心频率的位置实现对所述电力光缆中多参量的监测。本发明基于空间分辨率的大小实现不同尺度上布里渊散射谱的拟合，确保了多参量监测的准确性，降低了光学系统的复杂度，成本低，效果好。

Description

基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力光缆监测领域，更具体的，涉及一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统。

背景技术

随着高电压等级保护电路多级联动和配网部分信号呈几何倍级增加，电网结构日益复杂化，光缆作为电力系统通信方式主要载体与基础资源，已深刻融入到电网建设过程当中。

然而电网系统的不断复杂与其安全管理及预警矛盾日益突出，大部分电力光缆设施长期暴露在外部环境中，极易受到外力和恶劣环境侵蚀，甚至由温差变化引起覆冰灾害，最终导致光缆断裂，从而导致安全事故的发生，为电网稳定运行带来巨大困扰。

现有技术中，采用分布式光纤传感器能够对光纤的自发布里渊散射信号进行频谱分析，从而获取到光纤沿线的温度与应变分布。然而现有技术中对自发布里渊散射信号的恢复采集，通常采用光学相干检测技术，很难通过直接探测技术实现自发布里渊散射信号的恢复和提取。这导致光学系统的结构较为复杂，成本高，资源浪费。

另一方面，现有技术中需要通过较多数量的光脉冲实现对于自发布里渊散射信号的频谱分析，如果光脉冲的数量较少，则会导致恢复出的信号频谱具体有较高的甚至无法容忍的信噪比。这导致电力光缆中多参量的监测准确性大幅降低，无法满足业务需求。而随着光脉冲的数量增加，也必然导致如高频振动干扰等对于电力光缆的常规扰动难以被更为准确的检测出来。

针对上述问题，亟需一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统。该方法通过调节空间分辨率，并实现对自发布里渊散射信号的划分，从而在实现最优拟合的情况下获取自发布里渊散射信号的中心频率，从而基于中心频率获取到所述电力光缆中多参量的监控。

本发明采用如下的技术方案。

本发明第一方面，涉及一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，方法包括以下步骤：步骤1，依次采用放大器和滤波器对分布式光纤传感的多参量电力光缆的输出信号进行解调，并获得自发布里渊散射信号；步骤2，对自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，并分别求解划分后的自发布里渊散射信号的中心频率；其中，中心频率是自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合后获得的；步骤3，基于不同空间分辨率划分下中心频率的位置实现对电力光缆中多参量的监测。

优选的，采用拟合方差、拟合残差、拟合均方根差对拟合结果的准确性进行度量；并基于度量的结果调节空间分辨率划分的颗粒度。

优选的，采用LM拟合算法实现所述自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线的拟合。

优选的，自发布里渊散射信号的获取方式为：采集多个相同光脉冲信号在同一传输距离上的原始自发布里渊散射信号，并将多个原始自发布里渊散射信号进行累加平均，以获取累加平均结果；将不同传输距离上的累加平均结果进行时序组合，从而生成自发布里渊散射信号。

优选的，对自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，其中每一空间分辨率内包括多个相同光脉冲所产生的在同一传输距离上的多个整周期的自发布里渊散射信号；将划分后的自发布里渊散射信号进行傅里叶变换，以获取自发布里渊散射信号的频域分布；将自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合以获得自发布里渊散射信号的中心频率。

优选的，将相邻的空间分辨率划分下的中心频率进行差分计算，并根据差分结果判断当前的空间分辨率划分下的电力光缆中多参量是否发生异常；当差分结果大于设定阈值，则判定当前的空间分辨率划分下的多参量出现异常。

优选的，多参量包括电力光缆的温度和应变。

本发明第二方面，涉及一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统，系统用于实现本发明第一方面中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法的步骤；并且，系统包括激光器、声光调制器、发送端EDFA、发送端滤波器、环形器、单模光纤、接收端EDFA、接收端滤波器、光电转换器、采集卡和工控机；其中，激光器发出窄线宽激光至声光调制器中，以生成光脉冲；声光调制器将光脉冲依次输入至所述发送端EDFA实现信号放大，通过发送端滤波器实现滤波，并通过环形器将光输入信号输入至单模光纤中；单模光纤的输出端与环形器的另一端口连接，用于将光脉冲及自发布里渊散射信号通过环形器的另一端口输出；环形器的另一端口依次连接接收端EDFA、接收端滤波器和光电转换器，以在放大、滤波后实现光电转换；光电转换器与采集卡连接，通过采集卡实现对光电转换后电信号的采集；工控机与采集卡的输出端连接，以实现对电信号的处理。

优选的，发送端EDFA和接收端EDFA工作范围为1530nm至1565nm之间；其中，发送端EDFA为双泵谱EDFA，放大增益为20dB；接收端EDFA为单泵浦EDFA，放大增益为35dB。

优选的，滤波器的中心波长为1550.12nm，带宽100GHz；单模光纤中实现自发布里渊散射信号的稳定采集的距离至少为1千米。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统，能够通过调节空间分辨率，并实现对自发布里渊散射信号的划分，从而在实现最优拟合的情况下获取自发布里渊散射信号的中心频率，从而基于中心频率获取到所述电力光缆中多参量的监控。本发明思路清晰，构造巧妙，通过合理设计空间分辨率的大小实现不同尺度上布里渊散射谱的最优拟合，确保了多参量监测的准确性，降低了光学系统的复杂度，成本低，效果好。

附图说明

图1为本发明第一方面中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法的步骤示意图；

图2为本发明中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，根据本发明中记载的实施例而获得的所有其它本发明中未记载的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

图1为本发明第一方面中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法的步骤示意图。如图1所示，本发明第一方面，涉及一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，方法包步骤1至步骤3。

步骤1，依次采用放大器和滤波器对分布式光纤传感的多参量电力光缆的输出信号进行解调，并获得自发布里渊散射信号。

可以理解的是，本发明并未采用常规的光学相干检测方法来实现光纤输出信号中自发布里渊散射信号的提取，而是采用了直接滤波解调的方式实现自发布里渊散射信号的提取。为了实现信号的良好提取，且保证信噪比符合要求，本申请中对于光学系统中各个部件的参数进行了具体设定，这部分内容可以参考本发明第二部分中详述的内容。

然而，即便是对于光学系统的相关参数进行了调节，接收端接收到的自发布里渊散射信号仍然具有较高的信噪比，这使得多参量的监测过程存在困难。为此，本发明中采取了多种不同的信号处理方式来实现多参量监测的准确性。

步骤2，对自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，并分别求解划分后的自发布里渊散射信号的中心频率。其中，中心频率是自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合后获得的。

具体来说，本发明在实现自发布里渊散射信号的采集后，会首先对于空间分辨率进行划分。本发明中所述的空间分辨率，实际上是指针对单个光脉冲来说，接收到持续的自发布里渊散射信号的时间不同，因而自发布里渊散射信号在光纤中的实际发生位置也不同。而在时域上对于自发布里渊散射信号进行分段，并针对不同分段中的信号进行处理就能够获得光纤不同空间位置上的布里渊散射情况了。

根据上述原理，本发明可以根据接收到的自发布里渊散射信号的时间距离光脉冲发出时间的不同，来将接收到的自发布里渊散射信号进行时间上的分段。这种分段方式也就是空间分辨率划分。

具体来说，如果空间分辨率划分的颗粒度较大，则能够更好的检测到当前分段中的信号特征，但是这也导致整个光线上能够被测量到的空间位置不够准确。而如果空间分辨率划分的颗粒度较小，则自发布里渊散射信号也有可能受到各类噪声的影响，导致散射谱的特征不够明确。为了克服这种矛盾，本发明中考虑采用空间分辨率可调节的方式来实现信号的处理。

本发明中，是通过对划分后的分段信号的中心频率进行提取的方式来获得多参量的监控依据的。而本发明中的分段信号的中心频率则具体是通过傅氏变换后布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线的拟合过程得到的。由于拟合过程存在误差，因此拟合的准确性需要被判定，而本发明中则可以根据判定到的拟合结果的准确性来实现对于信号信噪比的调节，也就是对空间分辨率的调节。

优选的，采用拟合方差、拟合残差、拟合均方根差对拟合结果的准确性进行度量；并基于度量的结果调节空间分辨率划分的颗粒度。

可以理解的是，本发明中基于布里渊散射信号本质上具有洛伦兹线型这一个特征，可以对时间分段后的散射信号进行傅里叶变换以得到信号的频域分布，随后将频域分布与洛伦兹曲线进行拟合。

本发明中可以计算拟合后频域曲线与原始频域分布之间的准确度。这种准确度可以通过拟合方差、残差、均方根差的方式实现。根据数据统计中各类指标的定义规则，以及原始频域分布的情况，可以从拟合后的频域曲线中提取相应位置上的拟合值，并将其与原始频域分布一同计算指标的结果。

最终计算出的指标的结果可以分别与预先设定的各类指标阈值进行比较。如果计算结果均小于各类指标阈值，则可以判定空间分辨率的划分足够确保信号处理过程中处理结果的准确性，此时可以选择进一步降低空间分辨率划分的颗粒度，从而使得计算得到的光缆空间特征更为明确。

另一方面，如果指标的结果部分或全部高于预先设定的各类指标阈值，则可以考虑降低空间分辨率，以在牺牲光缆位置监测准确度的前提下，保证监测结果的准确性。

优选的，采用LM拟合算法实现自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线的拟合。

可以理解的是，本发明中可以考虑采用更优的拟合算法来实现布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线的拟合。考虑到LM算法，也就是

Levenberg-Marquardt算法能够提供数非线性最小化，也就是局部最小值的求解，因此能够结合高斯-牛顿算法和梯度下降法的优点。通过调节算法的相关参数，当下降速度较快时，使得算法接近高斯-牛顿法，当下降速度较慢时，使算法更接近梯度下降法进行拟合过程。这种拟合方法不仅具有良好的局部极值的收敛过程，也具备较好的全局收敛性。

因此，在这种拟合方式的辅助下，本发明的方法能够很好的实现对自发布里渊散射信号频谱的拟合，从而辅助方法准确确定多参量的监测依据。

优选的，自发布里渊散射信号的获取方式为：采集多个相同光脉冲信号在同一传输距离上的原始自发布里渊散射信号，并将多个原始自发布里渊散射信号进行累加平均，以获取累加平均结果；将不同传输距离上的所述累加平均结果进行时序组合，从而生成自发布里渊散射信号。

更进一步的，本发明中为了实现原始自发布里渊散射信号的增强，可以采用时域上多个相同的光脉冲信号在相同分段上的布里渊散射信号进行叠加实现。具体的，这种叠加方式可以是采集多个相同光脉冲信号在同一传输距离上的原始自发布里渊散射信号，求解平均值来实现的。

当求解到各个分段的平均值后，则可以按照时间顺序重新组合起来，从而形成叠加后的布里渊散射信号。需要说明的是，这里的这种分段，其时间上的要求更为苛刻。一般来说，对于空间分辨率划分后，一个整周期内的信号，可以采用一万次抽样的方式来实现这部分内容中各个时域的分段。

换言之，在一个空间分辨率内，通常可以包含几万个叠加平均结果，并基于几万个叠加平均结果的时序排列实现自发布里渊散射信号的增强。

优选的，对自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，其中每一空间分辨率内包括多个相同光脉冲所产生的在同一传输距离上的多个整周期的自发布里渊散射信号；将划分后的自发布里渊散射信号进行傅里叶变换，以获取自发布里渊散射信号的频域分布；将自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合以获得自发布里渊散射信号的中心频率。

可以理解的是，本发明中针对布里渊散射信号划分空间分辨率，为了时域频域变换计算的便利，可以采用整周期分段的方式实现。划分后的信号可以进行傅里叶变换，这里可以采用分段的快速傅里叶变换等具体方法，来实现散射谱的采集。由于采集到的散射谱通常为离散的，因此这些离散点数据也就是散射信号的频域分布。将频域分布进行进一步的拟合则可以获得完整的散射谱线了。根据现有技术中通常采用的方法，还可以提取整个散射谱中的幅度最大点的取值，从而获取到中心频率的位置和幅值。

步骤3，基于不同空间分辨率划分下中心频率的位置实现对电力光缆中多参量的监测。

在获取到不同空间分辨率划分后的中心频率的位置和幅值后，就可以基于这一数据来实现多参量的监测了。

优选的，将相邻的空间分辨率划分下的中心频率进行差分计算，并根据差分结果判断当前的空间分辨率划分下电力光缆中多参量是否发生异常；当差分结果大于设定阈值，则判定当前的空间分辨率划分下的多参量出现异常。

本发明中，可以只是简单的计算相邻划分中各个中心频率幅值之间的差值，根据这种差值来实现对电力光缆是否出现参量跳变的判断。当然，根据现有技术中的内容，也可以考虑采用其他的方法来实现这种判定。

优选的，多参量包括电力光缆的温度和应变。

现有技术中的方法，通常只是能够对于电力光缆中的一种参量进行充分准确的测量。而由于本发明中考虑到对于散射谱的分析，从而间接的获取到了光缆多种不同参量的判定。

在实际应用中，通过这种监测，能够对光缆的温度和应变进行快速检测与预警，提升光缆运维效率。同时本发明方法还可以避免地质灾害引发的光缆形变和覆冰灾害引起的光缆断裂等危害，对于确保电网安全、优质、稳定运行具有重要的现实意义。

图2为本发明中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统的结构示意图。如图2所示，本发明第二方面，涉及一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统，系统用于实现本发明第一方面中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法的步骤；并且，系统包括激光器、声光调制器、发送端EDFA、发送端滤波器、环形器、单模光纤、接收端EDFA、接收端滤波器、光电转换器、采集卡和工控机；其中，激光器发出窄线宽激光至声光调制器中，以生成光脉冲；声光调制器将光脉冲依次输入至发送端EDFA实现信号放大，通过发送端滤波器实现滤波，并通过环形器将光输入信号输入至单模光纤中；单模光纤的输出端与环形器的另一端口连接，用于将光脉冲及自发布里渊散射信号通过所述环形器的另一端口输出；环形器的另一端口依次连接接收端EDFA、接收端滤波器和光电转换器，以在放大、滤波后实现光电转换；光电转换器与采集卡连接，通过采集卡实现对光电转换后电信号的采集；工控机与采集卡的输出端连接，以实现对电信号的处理。

具体来说，本发明中激光器发出1550nm波长的窄线宽激光,通过AOM2调制成脉冲光信号，AOM是声光调制器，用于将连续光变成脉冲光，调制信号是以电信号(调幅)形式作用于换能器上，再转化为以电信号形式变化的波场，当光波通过介质时，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。其中，窄线宽激光线宽小于3kHz。

经过AOM2调制后的脉冲光信号经EDFA3放大后进入滤波器进行滤波，之后进入光环形器的第一端口，EDFA是掺铒光纤放大器，用于将脉冲光或者连续光的光功率增强。

经过EDFA3放大后的探测脉冲光通过环形器的第二端口射入传感光纤，光纤中温度发生变换或者发生横向应变，那么光纤中的布里渊散射曲线会随温度和应力发生中心频率移动，布里渊散射信号会通过环形器5的第三端口进入EDFA8放大。将经过EDFA8放大的布里渊散射信号用滤波器9滤除多余的杂波后，通过PD10将布里渊散射转换为时域电信号，PD是光电转换器，可以将有一定频率信息的光信号转换成电信号以方便后续进行采样和处理。

使用采集卡11对布里渊散射信号进行采集，将采集到的信号发送到工控机12进行后续处理，由处理软件对原始数据进行解析，得到布里渊频移特性曲线，对曲线进行数据拟合，最后得到温度信息和应变信息。

优选的，发送端EDFA和接收端EDFA工作范围为1530nm至1565nm之间，输入的光功率可以为-45至25dB；其中，发送端EDFA为双泵谱EDFA，两个放大电流分别固定为75mA和80mA，对应放大增益为20dB；接收端EDFA为单泵浦EDFA，放大电流固定为115mA，对应放大增益为35dB。

另外，滤波器的中心波长为1550.12nm，带宽100GHz；单模光纤中实现自发布里渊散射信号的稳定采集的距离至少为1千米。本发明中可以采用SMF-28型号的单模光纤。

本发明中的工控机和采集卡可以集成设置，其中工控机可以为具有数据处理功能的数据处理装置。

可以理解的是，该数据处理装置为了实现上述本申请实施例提供的方法中的各功能，包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对数据处理装置进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

数据处理装置包括至少一个处理器，总线系统以及至少一个通信接口。处理器可以是中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU)，还可以由现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)、专用集成电路(Application-specificintegratedcircuit，ASIC)或其他硬件代替，或者，FPGA或其他硬件与CPU共同作为处理器。

存储器可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，EEPROM)、只读光盘(compactdiscread-onlymemory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。

硬盘可以为机械盘或固态硬盘(SolidStateDrive,SSD)等。接口卡可以是主机总线适配器(HostBusAdapter,HBA)、独立硬盘冗余阵列卡(RedundantArrayofIndependentDisks,RID)、扩展器卡(Expander)或网络接口控制器(NetworkInterfaceController,NIC)等，本发明实施例对此不作限定。硬盘模组中的接口卡与硬盘通信。存储节点与硬盘模组的接口卡通信，从而访问硬盘模组中的硬盘。

硬盘的接口可以为串行连接小型计算机系统接口(SerialAttachedSmallComputerSystemInterface，SAS)、串行高级技术附件(SerialAdvancedTechnologyAttachment，SATA)或高速串行计算机扩展总线标准(PeripheralComponentInterconnectexpress，PCIe)等。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line，简称DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solidstatedisk，简称SSD))等。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法及系统，能够通过调节空间分辨率，并实现对自发布里渊散射信号的划分，从而在实现最优拟合的情况下获取自发布里渊散射信号的中心频率，从而基于中心频率获取到所述电力光缆中多参量的监控。本发明思路清晰，构造巧妙，通过合理设计空间分辨率的大小实现不同尺度上布里渊散射谱的最优拟合，确保了多参量监测的准确性，降低了光学系统的复杂度，成本低，效果好。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，依次采用放大器和滤波器对所述分布式光纤传感的多参量电力光缆的输出信号进行解调，并获得自发布里渊散射信号；

步骤2，对所述自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，并分别求解划分后的所述自发布里渊散射信号的中心频率；

其中，所述中心频率是所述自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线进行拟合后获得的；

步骤3，基于不同空间分辨率划分下所述中心频率的位置实现对所述电力光缆中多参量的监测。

2.根据权利要求1中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

采用拟合方差、拟合残差、拟合均方根差对拟合结果的准确性进行度量；

并基于所述度量的结果调节所述空间分辨率划分的颗粒度。

3.根据权利要求2中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

采用LM拟合算法实现所述自发布里渊散射信号的频域分布与洛伦兹曲线的拟合。

4.根据权利要求3中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

所述自发布里渊散射信号的获取方式为：

采集多个相同光脉冲信号在同一传输距离上的原始自发布里渊散射信号，并将多个所述原始自发布里渊散射信号进行累加平均，以获取累加平均结果；

将不同传输距离上的所述累加平均结果进行时序组合，从而生成所述自发布里渊散射信号。

5.根据权利要求4中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

对所述自发布里渊散射信号进行空间分辨率划分，其中每一空间分辨率内包括多个相同光脉冲所产生的在同一传输距离上的多个整周期的自发布里渊散射信号；

将划分后的所述自发布里渊散射信号进行傅里叶变换，以获取所述自发布里渊散射信号的频域分布；

将所述自发布里渊散射信号的频域分布与所述洛伦兹曲线进行拟合以获得所述自发布里渊散射信号的中心频率。

6.根据权利要求5中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

将相邻的所述空间分辨率划分下的所述中心频率进行差分计算，并根据差分结果判断当前的所述空间分辨率划分下的所述电力光缆中多参量是否发生异常；

当所述差分结果大于设定阈值，则判定当前的所述空间分辨率划分下的多参量出现异常。

7.根据权利要求6中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法，其特征在于：

所述多参量包括所述电力光缆的温度和应变。

8.一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统，其特征在于：

所述系统用于实现权利要求1-7任意一项中一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测方法的步骤；并且，

所述系统包括激光器、声光调制器、发送端EDFA、发送端滤波器、环形器、单模光纤、接收端EDFA、接收端滤波器、光电转换器、采集卡和工控机；其中，

所述激光器发出窄线宽激光至所述声光调制器中，以生成光脉冲；

所述声光调制器将所述光脉冲依次输入至所述发送端EDFA实现信号放大，通过所述发送端滤波器实现滤波，并通过环形器将光输入信号输入至单模光纤中；

所述单模光纤的输出端与所述环形器的另一端口连接，用于将光脉冲及自发布里渊散射信号通过所述环形器的另一端口输出；

所述环形器的另一端口依次连接接收端EDFA、接收端滤波器和光电转换器，以在放大、滤波后实现光电转换；

所述光电转换器与所述采集卡连接，通过所述采集卡实现对光电转换后电信号的采集；

所述工控机与所述采集卡的输出端连接，以实现对所述电信号的处理。

9.根据权利要求8中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统，其特征在于：

所述发送端EDFA和接收端EDFA工作范围为1530nm至1565nm之间；

其中，所述发送端EDFA为双泵谱EDFA，放大增益为20dB；

所述接收端EDFA为单泵浦EDFA，放大增益为35dB。

10.根据权利要求9中所述的一种基于分布式光纤传感的多参量电力光缆监测系统，其特征在于：

所述滤波器的中心波长为1550.12nm，带宽100GHz；

所述单模光纤中实现所述自发布里渊散射信号的稳定采集的距离至少为1千米。

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