CN117571042A - 一种海底电缆状态采集装置及方法 - Google Patents
一种海底电缆状态采集装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117571042A CN117571042A CN202311370611.0A CN202311370611A CN117571042A CN 117571042 A CN117571042 A CN 117571042A CN 202311370611 A CN202311370611 A CN 202311370611A CN 117571042 A CN117571042 A CN 117571042A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- branch
- submarine cable
- optical
- communicated
- signal
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 40
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 19
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- 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
- G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/324—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Raman scattering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明提供了一种海底电缆状态采集装置及方法，所述装置包括激光发射器、第一支路、第二支路以及采集卡，所述激光发射器的输出端口分别连接所述第一支路的输入端口和所述第二支路的输入端口，所述采集卡的第一输入端口连接所述第一支路的输出端口，所述采集卡的第二输入端口连接所述第二支路的输出端口，所述采集卡通过所述第一支路采集瑞利散射信号，并通过所述第二支路采集布里渊光时域反射信号。本装置可以检测海底电缆的温度、应变和震动参量，能够实现分布式传感，以对海底电缆状态进行连续监测。还提供一种海底电缆状态采集方法，采用光纤布里渊频移作为温度的参考点，实现了温度和应变的分离。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种海底电缆状态采集装置及方法。
背景技术
海底电缆是一种用于跨海域传输电信和互联网数据的电缆系统，具有高带宽、长距离传输、低延迟、可靠性高、安全性好、维护成本低等优势。海底电缆在全球通信和互联网发展中起到了关键的作用，他们连接了世界各地的通信网络，实现了国际间的数据传输和通信，推动了全球信息的交流与共享。
然而，海底电缆也面临着一些挑战。首先，海底电缆受到海水压力、水温变化、盐度和海流等海洋环境因素的影响，这些环境因素可能导致电缆的损坏、腐蚀和断裂，影响数据传输的可靠性；其次，人为因素是海底电缆面临的最主要的威胁，尽管海底电缆铺设在海底，但仍然有可能受到人为破坏，如恶意破坏、捕捞活动或不慎的人为干扰，这些破坏行为可能导致电缆断裂或数据泄露；自然灾害也是影响海底电缆安全稳定运行的重要因素，海底地震、海啸、风暴和海洋底部活动等自然灾害可能对海底电缆造成破坏，这些灾害可能导致电缆的断裂、移位或损坏。
传统技术中，温度通常是通过散射光信号的频移或其他传感元件来测量的，而应变通常需要使用应变计或其他机械传感器进行监测。这些传统方法在很大程度上是离散的，需要多个传感设备来测量不同的参数，且难以实现分布式实时监测。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种海底电缆状态采集装置及方法。
本发明提供了一种海底电缆状态采集装置，所述装置包括激光发射器、第一支路、第二支路以及采集卡，所述第一支路和所述第二支路并联在所述激光发射器和所述采集卡之间；
所述第一支路包括第一声光调制器、第二声光调制器、第一掺铒光纤放大器、第一环形器、密集波分复用器、分布式拉曼放大器、第二掺铒光纤放大器、第二环形器、光纤光栅滤波器和第一光电探测器；其中，所述激光发射器与所述第一声光调制器的光信号输入端连通，所述第一声光调制器的输出端口与所述第二声光调制器的输入端口连通，所述第二声光调制器的输出端口与所述第一掺铒光纤放大器的输入端连通，所述第一掺铒光纤放大器的输出端与所述第一环形器的一号端口连通，所述第一环形器的二号端口与所述密集波分复用器的一号输入端口连通，所述密集波分复用器的另一个输入端口与所述分布式拉曼放大器的输出端连通，所述密集波分复用器的输出端适于连接待测光纤，所述第二掺铒光纤放大器的输出端与所述第二环形器的一号端口连通，所述第二环形器的二号端口与所述光纤光栅滤波器的一端连通，所述光纤光栅滤波器的另一端连接所述第一光电探测器的输入端，所述第一光电探测器的输出端连接所述采集卡的一个输入端；
所述第二支路包括电光调制器、偏振控制器、第二耦合器，第二光电探测器，滤波器和检波器；其中，所述激光发射器与所述电光调制器的光信号输入连通，所述电光调制器的输出端与所述偏振控制器的输入端连通，所述偏振控制器的输出端与所述第二耦合器一个输入端连通，所述第二耦合器的另一个输入端与所述第二环形器的三号端口连通，所述第二耦合器的输出端所述与第二光电探测器的输入端连通，所述第二光电探测器的输出端与所述滤波器的输入端连通，所述滤波器的输出端与所述检波器的输入端连通，所述检波器的输出端连接所述采集卡的另一个输入端；
所述采集卡通过所述第一支路采集瑞利散射信号，并通过所述第二支路采集布里渊光时域反射信号。
上述的海底电缆状态采集装置可以实现多参数传感，包括瑞利散射信号和布里渊光时域反射信号的采集。通过第一支路采集瑞利散射信号，用于监测海底电缆的温度等参数，通过第二支路采集布里渊光时域反射信号，用于检测应变等参数，这种多参数传感可以提供全面的状态监测。装置中还包括分布式拉曼放大器，用于增强信号质量和传感距离，有助于实现分布式传感，允许对海底电缆状态进行连续监测，而不仅仅是在特定点进行采集。装置还使用了多个光学元件和设备，如声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光纤光栅滤波器、电光调制器等，以处理和分析光信号，这些光学元件有助于提高信号的质量和可靠性。由于分布式传感和多参数采集，该装置可以提供实时的、连续的状态监测，有助于及时检测和诊断潜在问题，从而增加了系统的可靠性和安全性。
在其中一个实施例中，还包括第一耦合器，所述第一耦合器的输入端与所述激光发射器连接，输出端分别连接所述第一声光调制器和所述电光调制器，所述激光发射器产生的连续光信号通过所述第一耦合器拆分后分别进入所述第一支路和第二支路。
在其中一个实施例中，所述激光发射器产生的连续光信号经所述第一耦合器后进入所述第一支路和第二支路的耦合比为90:10。
在其中一个实施例中，所述第二声光调制器驱动电脉冲与所述第一声光调制器驱动电脉冲同步，前沿超前5ns，后沿滞后5ns。
在其中一个实施例中，还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器分别连接并控制所述第一声光调制器、第二声光调制器、微波源和采集卡；
所述微波源连接并控制所述电光调制器。
在其中一个实施例中，所述电光调制器的驱动电信号为微波信号，输出的光信号为双边带调制的连续光。
在其中一个实施例中，所述光纤光栅滤波器的输入信号中包括瑞利散射信号以及上下两边带的布里渊散射信号，所述光纤光栅滤波器与所述下边带的布里渊散射信号对齐以透射所述瑞利散射信号并反射所述下边带的布里渊散射信号。
在其中一个实施例中，所述第二耦合器的耦合比为50:50。
本发明还提供一种海底电缆状态采集方法，所述方法包括:
通过拉曼光时域分析仪(DTS)获取待测光纤的温度分布ΔTemi；
通过上述的海底电缆状态测量装置对所述待测光纤进行状态参量采集，获取利散射信号和布里渊频移变化量；
根据所述瑞丽散射信号确定所述待测光纤的振动分量，并根据所述温度分布ΔTemi以及所述布里渊频移变化量，确定所述待测光纤的应变状态。
在其中一个实施例中，所述根据所述温度分布以及所述布里渊频移变化量，确定所述光纤的应变状态，包括：
根据公式和所述温度分布ΔTemi以及所述布里渊频移变化ΔvB，求解所述光纤的应变参量Δε，其中，/>和/>为布里渊频移的温度系数和应变系数。
上述的海底电缆状态采集方法可以同时获取海底电缆的振动、温度和应变信息，这是一种多参量测量的技术，它使海底电缆状态的监测更加全面。通过采用布里渊散射频移，该方法实现了高精度的海底电缆状态测量。布里渊散射频移对应用环境的温度和应变非常敏感，因此可以实现高精度的数据采集。采用光纤布里渊频移作为温度的参考点，实现了温度和应变的分离。这意味着即使在海底电缆存在温度变化的情况下，也可以准确地测量应变，而不受温度的影响。
附图说明
图1为本申请提供的一种海底电缆状态采集装置的内部结构图；
图2为本申请提供的一种海底电缆状态采集方法的流程图；
图3为本申请提供的DTS测得的初始光纤温度分布图；
图4为本申请提供的BOTDR测试的初始布里渊频移结果图；
图5为本申请提供的同时加热、拉伸实验的DTS测试结果图；
图6为本申请提供的同时加热、拉伸实验的BOTDR测试结果图；
图7为本申请提供的温度解调结果图；
图8为本申请提供的应变解调结果图；
图9为本申请提供的Φ-OTDR测试结果图；
1-激光发射器；
2-第一支路；201-第一声光调制器；202-第二声光调制器；203-第一掺铒光纤放大器；204-第一环形器；205-密集波分复用器；206-分布式拉曼放大器；207-第二掺铒光纤放大器；208-第二环形器；209-光纤光栅滤波器；210-第一光电探测器；
3-第二支路；301-电光调制器；302-偏振控制器；303-第二耦合器；304-第二光电探测器；305-滤波器；306-检波器；
4-采集卡；5-待测光纤；6-第一耦合器；7-脉冲发生器；8-微波源。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
Φ-OTDR(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometry)技术是一种高分辨率的分布式光纤传感技术，用于监测光纤中微弱振动或应变的分布情况。Φ-OTDR技术基于相位敏感原理，允许在光纤长度上精确测量光信号的相位变化，从而检测到微小的物理变化，如振动、应变、温度变化等。
BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)技术是一种光纤传感技术，用于测量光纤中的温度、应变和声学波传播速度等物理参数的分布情况。它基于布里渊散射效应，这是光在光纤中与声波相互作用时产生的散射现象。BOTDR技术利用这种散射效应来实现光纤中的分布式传感。
参阅图1，本发明一实施例提供了一种海底电缆状态采集装置，装置包括激光发射器1、第一支路2、第二支路3以及采集卡4，激光发射器1的输出端口分别连接第一支路2的输入端口和第二支路3的输入端口，采集卡4的第一输入端口连接第一支路2的输出端口，采集卡4的第二输入端口连接第二支路3的输出端口，采集卡4通过第一支路2采集瑞利散射信号，并通过第二支路3采集布里渊光时域反射信号；
第一支路2包括第一声光调制器201、第二声光调制器202、第一掺铒光纤放大器203、第一环形器204、密集波分复用器205、分布式拉曼放大器206、第二掺铒光纤放大器207、第二环形器208、光纤光栅滤波器209和第一光电探测器210；其中，激光发射器1与第一声光调制器201的光信号输入端连通，第一声光调制器201的输出端口与第二声光调制器202的输入端口连通，第二声光调制器202的输出端口与第一掺铒光纤放大器203的输入端连通，第一掺铒光纤放大器203的输出端与第一环形器204的一号端口连通，第一环形器204的二号端口与密集波分复用器205的一号输入端口连通，密集波分复用器205的另一个输入端口与分布式拉曼放大器206的输出端连通，密集波分复用器205的输出端适于连接待测光纤5，第二掺铒光纤放大器207的输出端与第二环形器208的一号端口连通，第二环形器208的二号端口与光纤光栅滤波器209的一端连通，光纤光栅滤波器209的另一端连接第一光电探测器210的输入端。
具体在本实施例中，激光发射器1为窄线宽激光器，采集卡4为双通道采集卡4，激光发射器1输出的连续光经第一耦合器6分为上下两支路，对应本实施例中的第一支路2和第二支路3，上支路即第一支路2中的连续光信号经级联的第一声光调制器201和第二声光调制器202进行调制后，形成泵浦脉冲光，并且由第一掺铒光纤放大器203进行峰值功率放大后经第一环形器204注入密集波分复用器205，与分布式拉曼放大器206输出的拉曼光信号同时注入待测光纤5中，使用第一掺铒光纤放大器203对第二声光调制器202输出的光脉冲进行放大，以提升光脉冲在传感光纤中的传输距离；经过第一掺铒光纤放大器203放大后的光脉冲从第一环形器204的二号端口进入待测光纤5，并与分布式拉曼放大器206输出的拉曼光耦合后进行待测光纤5，分布式拉曼放大器206属于前向拉曼放大，可以对传感信号进行分布式放大，以提高尾端信号信噪比，进而提升系统传感距离。由于散射信号非常微弱，为了提高散射信号解调效果，需要首先使用第二掺铒光纤放大器207对散射信号进行放大，第二掺铒光纤放大器207对分布式拉曼放大器206输出的信号进行功率放大，以确保信号强度足够用于后续处理，分布式放大后的后向散射光信号经第二掺铒光纤放大器207进行功率放大后，经第二环形器208一号光信号端口输入，经第二环形器208的二号光信号端口注入光学滤波器305，第二环形器208用于引导信号，并将它们分配到输出端口，其中一号端口连接到光纤光栅滤波器209的一端。光纤光栅滤波器209用于过滤信号，以保留所需的信号分量。它可以定制以仅透射特定频率范围内的信号，透射光为瑞利散射信号，并经由第一电光调制器301进行光电信号转换，由双通道采集卡4的第一通道进行数据采集，形成Φ-OTDR系统。
第二支路3包括电光调制器301、偏振控制器302、第二耦合器303，第二光电探测器304，滤波器305和检波器306；其中，激光发射器1与电光调制器301的光信号输入连通，电光调制器301的输出端与偏振控制器302的输入端连通，偏振控制器302的输出端与第二耦合器303一个输入端连通，第二耦合器303的另一个输入端与第二环形器208的三号端口连通，第二耦合器303的输出端与第二光电探测器304的输入端连通，第二光电探测器304的输出端与滤波器305的输入端连通，滤波器305的输出端与检波器306的输入端连通。
下支路即第二支路3中的连续光信号经电光调制器301进行调制后，经偏振控制器302进行偏振态控制形成参考光，注入第二耦合器303，与第二环形器208的三号光信号端口输出的反射光进行拍频，拍频信号经第二电光调制器301转换为电学信号，经滤波器305滤除噪声后，经检波器306进行检波，第二光电探测器304输出信号包含载波，需要先使用电学滤波器305对其滤波，再使用检波器306提取其包络后，再由双通道采集卡4的第二通道进行数据采集，形成BOTDR系统。由于偏振态的影响，布里渊散射信号会出现高低起伏，信号强度低处信噪比差，影响系统测量精度，因此需要通过扰偏来解决偏振态对测量精度的影响，偏振控制器302可以加在上路来切换光脉冲偏振态，也可以加在下路来切换参考光偏振态，由于上路光脉冲还同时用于测量瑞利散射，其偏振态不能改变，因此偏振控制器302只能放在电光调制器301之后。
本实施例提供的海底电缆状态采集装置可以实现多参数传感，包括瑞利散射信号和布里渊光时域反射信号的采集。通过第一支路2采集瑞利散射信号，用于监测海底电缆的温度等参数，通过第二支路3采集布里渊光时域反射信号，用于检测应变等参数，这种多参数传感可以提供全面的状态监测。装置中还包括分布式拉曼放大器206，用于增强信号质量和传感距离，有助于实现分布式传感，允许对海底电缆状态进行连续监测，而不仅仅是在特定点进行采集。装置还使用了多个光学元件和设备，如声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器、光纤光栅滤波器209、电光调制器301等，以处理和分析光信号，这些光学元件有助于提高信号的质量和可靠性。由于分布式传感和多参数采集，该装置可以提供实时的、连续的状态监测，有助于及时检测和诊断潜在问题，从而增加了系统的可靠性和安全性。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，还包括第一耦合器6，激光发射器1产生的连续光信号通过第一耦合器6拆分后分别进入第一支路2和第二支路3。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，激光发射器1产生的连续光信号经第一耦合器6后进入第一支路2和第二支路3的耦合比为90:10。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，第二声光调制器202驱动电脉冲与第一声光调制器201驱动电脉冲同步，前沿超前5ns，后沿滞后5ns。第一声光调制器201用于将窄线宽激光器输出的连续光调制成脉冲光，其脉冲宽度受加载到第一声光调制器201的电脉冲宽度控制；第一声光调制器201的输出端口与第二声光调制器202的输入端口连通，第二声光调制器202驱动电脉冲与第一声光调制器201驱动电脉冲同步，且前沿超前5ns，后沿滞后5ns，用于消除第一声光调制器201输出光脉冲基底，以提高光脉冲消光比。消光比是指光脉冲的峰值与基底之间的比值。改善消光比有助于提高信号的质量，特别是在传感应用中，它可以提供更好的信噪比和灵敏度。这种同步驱动和前沿/后沿调整的方法可以改进海底电缆状态采集装置的性能，特别是在Φ-OTDR和BOTDR技术中，其中信号的质量对于准确采集温度、应变和振动等参数非常关键。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，还包括脉冲发生器7，脉冲发生器7分别连接并控制第一声光调制器201、第二声光调制器202、微波源8和采集卡4；微波源8连接并控制电光调制器301。脉冲发生器7分别实现对第一声光调制器201、第二声光调制器202、微波源8和双通道数据采集卡4的控制；微波源8实现对电光调制器301的控制，从而实现Φ-OTDR和BOTDR信号同步采集。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，电光调制器301的驱动电信号为微波信号，输出的光信号为双边带调制的连续光。具体在本实施例中，第一耦合器6的90％输出端口与电光调制器301的光信号输入连通，电光调制器301的驱动电信号为微波信号，输出的光信号为双边带调制的连续光，作为本地参考信号，布里渊散射光与本地参考光在第二耦合器303内相干，相干探测可实现微弱布里渊散射信号探测，提高系统解调精度。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，光纤光栅滤波器209与下边带的布里渊散射信号对齐。散射信号中包含瑞利散射信号和上下两个边带的布里渊散射信号，通过将光纤光栅滤波器209与布里渊散射信号下边带对齐，其将下边带的布里渊散射信号进行反射，同时将瑞利散射信号和上边带的布里渊散射信号进行透射，由于瑞利散射信号强度远大于布里渊散射信号，因此此处的上边带布里渊散射信号作为噪声可以忽略。
本发明一实施例提供的海底电缆状态采集装置，第二耦合器303的耦合比为50:50。
本发明一实施例提供了一种海底电缆状态采集方法，如图2所示，方法通过上述实施例中的海底电缆状态测量装置对待测海底电缆进行参量采集；方法包括:
通过拉曼光时域分析仪(DTS)获取待测光纤的温度分布ΔTemi；
获取采集卡得到的瑞利散射信号和布里渊频移变化量，瑞利散射信号用于指示海底电缆的振动参量，布里渊频移变化量用于指示海底电缆的温度和应变的线性关系；
根据温度分布以及布里渊频移变化量，确定光纤的应变状态。
在一个实施例中，上述步骤103的处理可以具体如下：
根据公式和温度分布ΔTemi以及布里渊频移变化ΔvB，求解光纤的应变参量Δε。
其中，ΔvB为温度和应变引起的布里渊频移变化量，和/>为布里渊频移的温度系数和应变系数，通常情况下分别为1.12MHz/℃和0.0482MHz/με，选取引下线处的光纤布里渊频移作为温度参考点，实现应变与温度的分离，Δε为光纤的应变变化范围；
结合温度分布结果ΔTemi，得到应变参量
本实施例提供的海底电缆状态采集方法可以同时获取海底电缆的温度和应变信息，这是一种多参量测量的技术，它使海底电缆状态的监测更加全面和全面。通过采用布里渊散射频移，该方法实现了高精度的海底电缆状态测量。布里渊散射频移对应用环境的温度和应变非常敏感，因此可以实现高精度的数据采集。采用光纤布里渊频移作为温度的参考点，实现了温度和应变的分离。这意味着即使在海底电缆存在温度变化的情况下，也可以准确地测量应变，而不受温度的影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述装置包括激光发射器(1)、第一支路(2)、第二支路(3)以及采集卡(4)，所述第一支路(2)和所述第二支路(3)并联在所述激光发射器(1)和所述采集卡(4)之间；
所述第一支路(2)包括第一声光调制器(201)、第二声光调制器(202)、第一掺铒光纤放大器(203)、第一环形器(204)、密集波分复用器(205)、分布式拉曼放大器(206)、第二掺铒光纤放大器(207)、第二环形器(208)、光纤光栅滤波器(209)和第一光电探测器(210)；其中，所述激光发射器(1)与所述第一声光调制器(201)的光信号输入端连通，所述第一声光调制器(201)的输出端口与所述第二声光调制器(202)的输入端口连通，所述第二声光调制器(202)的输出端口与所述第一掺铒光纤放大器(203)的输入端连通，所述第一掺铒光纤放大器(203)的输出端与所述第一环形器(204)的一号端口连通，所述第一环形器(204)的二号端口与所述密集波分复用器(205)的一号输入端口连通，所述密集波分复用器(205)的另一个输入端口与所述分布式拉曼放大器(206)的输出端连通，所述密集波分复用器(205)的输出端适于连接待测光纤(5)，所述第二掺铒光纤放大器(207)的输出端与所述第二环形器(208)的一号端口连通，所述第二环形器(208)的二号端口与所述光纤光栅滤波器(209)的一端连通，所述光纤光栅滤波器(209)的另一端连接所述第一光电探测器(210)的输入端，所述第一光电探测器(210)的输出端连接所述采集卡(4)的一个输入端；
所述第二支路(3)包括电光调制器(301)、偏振控制器(302)、第二耦合器(303)，第二光电探测器(304)，滤波器(305)和检波器(306)；其中，所述激光发射器(1)与所述电光调制器(301)的光信号输入连通，所述电光调制器(301)的输出端与所述偏振控制器(302)的输入端连通，所述偏振控制器(302)的输出端与所述第二耦合器(303)一个输入端连通，所述第二耦合器(303)的另一个输入端与所述第二环形器(208)的三号端口连通，所述第二耦合器(303)的输出端所述与第二光电探测器(304)的输入端连通，所述第二光电探测器(304)的输出端与所述滤波器(305)的输入端连通，所述滤波器(305)的输出端与所述检波器(306)的输入端连通，所述检波器(306)的输出端连接所述采集卡(4)的另一个输入端；
所述采集卡(4)通过所述第一支路(2)采集瑞利散射信号，并通过所述第二支路(3)采集布里渊光时域反射信号。
2.根据权利要求1所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，还包括第一耦合器(6)，所述第一耦合器(6)的输入端与所述激光发射器(1)连接，输出端分别连接所述第一声光调制器(201)和所述电光调制器(301)，所述激光发射器(1)产生的连续光信号通过所述第一耦合器(6)拆分后分别进入所述第一支路(2)和第二支路(3)。
3.根据权利要求2所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述激光发射器(1)产生的连续光信号经所述第一耦合器(6)后进入所述第一支路(2)和第二支路(3)的耦合比为90:10。
4.根据权利要求1所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述第二声光调制器(202)驱动电脉冲与所述第一声光调制器(201)驱动电脉冲同步，前沿超前5ns，后沿滞后5ns。
5.根据权利要求4所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，还包括脉冲发生器(7)和微波源(8)，所述脉冲发生器(7)分别连接并控制所述第一声光调制器(201)、第二声光调制器(202)、微波源(8)和采集卡(4)，所述微波源(8)连接并控制所述电光调制器(301)。
6.根据权利要求1所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述电光调制器(301)的驱动电信号为微波信号，输出的光信号为双边带调制的连续光。
7.根据权利要求1所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述光纤光栅滤波器(209)的输入信号中包括瑞利散射信号以及上下两个边带的的布里渊散射信号，所述光纤光栅滤波器(209)与所述下边带的布里渊散射信号对齐以透射所述瑞利散射信号并反射所述下边带的的布里渊散射信号。
8.根据权利要求1所述的海底电缆状态采集装置，其特征在于，所述第二耦合器(303)的耦合比为50:50。
9.一种海底电缆状态采集方法，其特征在于，所述方法包括:
通过拉曼光时域分析仪(DTS)获取待测光纤的温度分布ΔTemi；
通过权利要求1-8中任一项所述的海底电缆状态测量装置对所述待测光纤进行状态参量采集，获取瑞利散射信号和布里渊频移变化量；
根据所述瑞丽散射信号确定所述待测光纤的振动分量，并根据所述温度分布ΔTemi以及所述布里渊频移变化量，确定所述待测光纤的应变状态。
10.根据权利要求9所述的海底电缆状态采集方法，其特征在于，所述根据所述温度分布以及所述布里渊频移变化量，确定所述光纤的应变状态，包括：
根据公式和所述温度分布ΔTemi以及所述布里渊频移变化ΔvB，求解所述光纤的应变参量Δε，其中，/>和/>为布里渊频移的温度系数和应变系数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311370611.0A CN117571042A (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种海底电缆状态采集装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311370611.0A CN117571042A (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种海底电缆状态采集装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117571042A true CN117571042A (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=89892514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311370611.0A Pending CN117571042A (zh) | 2023-10-20 | 2023-10-20 | 一种海底电缆状态采集装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117571042A (zh) |
-
2023
- 2023-10-20 CN CN202311370611.0A patent/CN117571042A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102759371B (zh) | 融合cotdr的长距离相干检测布里渊光时域分析仪 | |
| CN110383009B (zh) | 光学感测系统及检测光学感测光纤中应力的方法 | |
| US10365126B2 (en) | Distributed optical fiber disturbance positioning system based on the asymmetric dual Mach-Zehnder interference, and positioning method thereof | |
| JP6698164B2 (ja) | 周波数合成に基づいた光周波数領域反射方法及びシステム | |
| CN106052842B (zh) | 可消衰落噪声的分布式光纤振动传感系统及其解调方法 | |
| WO2019134302A1 (zh) | 基于数字双啁啾脉冲调制的分布式光纤声传感装置及方法 | |
| CN102147236B (zh) | 一种全分布式光纤应变及振动的传感方法与传感器 | |
| US8988671B2 (en) | BOTDA system that combined optical pulse coding techniques and coherent detection | |
| US9599460B2 (en) | Hybrid Raman and Brillouin scattering in few-mode fibers | |
| US9804001B2 (en) | Brillouin optical distributed sensing device and method with improved tolerance to sensor failure | |
| WO2017054564A1 (zh) | 一种激光器相位噪声消除装置、系统及方法 | |
| CN113405577A (zh) | 一种测量方法及测量装置 | |
| CN110501062B (zh) | 一种分布式光纤声音传感及定位系统 | |
| CN109297581A (zh) | 一种用于补偿相位敏感光时域反射计中频率漂移的二次相位差分测量方法 | |
| CN113049014B (zh) | 一种基于泵浦光扫频的时频复用botda系统及传感方法 | |
| CN108801305B (zh) | 基于阶梯脉冲自放大的布里渊光时域反射仪的方法及装置 | |
| CN103698049A (zh) | 基于布里渊散射的分布式测量系统及方法 | |
| CN115200691A (zh) | 一种少模光纤分布式声传感系统及其信号处理方法 | |
| CN114279476B (zh) | 基于相位型混沌激光的分布式光纤传感装置及其测量方法 | |
| CN103616090A (zh) | 一种消除光纤衰减的布里渊分布式光纤传感测温系统 | |
| CN111141414B (zh) | 基于混沌bocda的温度与应变同时测量装置及方法 | |
| CN113686424A (zh) | 基于波长分集技术的高信噪比声传感系统及多波长合并方法 | |
| CN117571042A (zh) | 一种海底电缆状态采集装置及方法 | |
| CN111537069B (zh) | 一种具有分布式测温功能的太赫兹时域光谱和成像系统 | |
| CN107687939A (zh) | 一种干涉型光纤水听器传感臂光纤检测装置及方法 |
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 |