一种分布式光纤系统及其脉宽自适应调节方法与流程

1.本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种分布式光纤系统及其脉宽自适应调节方法。


背景技术：

2.油气管道沿线人口稠密、经济繁荣，各类建设活动频繁，由于存在一些不可避免的，管理者无法控制的事件，易造成第三方破坏。分布式光纤测振预警系统可以满足对油气管道防止第三方破坏和泄漏监管的需要。但是高速公路汽车尤其是移动的大货车对于分布式光纤测量振动的干扰较大，造成大量的错误警报，也就是移动虚警事件。
3.目前移动虚警事件频繁，影响油气管网监测，引起大量误报，移动虚警事件占虚警事件的76％，传统的方法因为过于单一的分辨率，探测能力弱，难以排除这些事件的干扰。另外市场上预警系统激光脉宽固定，若改变脉宽，会导致动态范围和空间分辨率之间的矛盾。


技术实现要素：

4.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种分布式光纤系统及其脉宽自适应调节方法的技术方案。
5.一种分布式光纤系统，包括分布式光纤激光器、上位机、第一光纤通道、光隔离器、时域反射仪、掺饵放大器、第二光纤通道、数据采集卡和光载波；
6.所述分布式光纤系统配置为：分布式光纤激光器发射两束激光，一束作为参照光，一束作为探测光，两束激光先后经过第一光纤通道、光隔离器、掺饵放大器，参照光经掺饵放大器直接由数据采集卡采集，探测光经掺饵放大器打至被测光纤再反射经过光载波和第二光纤通道，最后同样由数据采集卡采集；
7.所述时域反射仪用以控制调节激光脉宽的大小。
8.进一步地，还包括可变光衰减器，所述可变光衰减器用以调节从第一光纤通道射出的激光的强度。
9.本发明还提供一种脉宽自适应调节方法，应用于如上所述的分布式光纤系统，包括以下步骤：
10.步骤1，利用数据采集卡采集时域信号；
11.步骤2，将采集到的时域信号的幅值与预先设定的时域触发阈值进行比较，若时域信号的幅值大于时域触发阈值，则判断存在疑点事件，进入步骤3；若时域信号的幅值不大于触发阈值，则回到步骤1；
12.步骤3，上位机锁定疑点事件的防区地理位置，根据防区地理位置对应的区域等级发送相应脉宽调节命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节分布式激光器所发射激光的脉宽大小。
13.进一步地，还包括：步骤4，当识别算法完成疑点事件的识别后，上位机发送脉宽恢
复命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节激光脉宽恢复为初始大小。
14.进一步地，所述步骤3中区域等级的划分选定的依据为：根据后果区以及管道沿线的地理信息进行设定，根据不同区域进行脉宽切换。
15.进一步地，所述步骤4中区域等级的划分为等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ，等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ分别对应高风险区、中风险区和低风险区；
16.等级ⅰ区域分辨率设置为40-60米，等级ⅱ区域分辨率设置为5-15米，等级ⅲ区域分辨率设置为0.5-2米；
17.根据下式计算不同分辨率所对应的脉宽：
[0018][0019]
其中sr代表分辨率，n代表的是光纤的折射率，c代表的是真空中光速，w代表的是探测光脉冲宽度。
[0020]
进一步地，所述步骤4中等级ⅰ区域分辨率设置为50米，等级ⅱ区域分辨率设置为10米，等级ⅲ区域分辨率设置为1米。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
本发明通过改变脉宽实现空间分辨率的调整，获得更多层次细节，可以降低高速公路汽车对分布式光纤造成的干扰影响，降低移动虚警事件。分布式光纤传感系统硬件部分设计调和了动态范围和空间分辨率的矛盾；脉宽自适应机制结合数据库中高后果区等级以及历史发生事件进行脉宽调节，对疑似事件的防区地理位置锁定以及疑似事件的进一步细化分析，动态调节防区空间分辨率。
附图说明
[0023]
图1为本发明的一种分布式光纤系统使用状态结构示意图；
[0024]
图2为本发明的一种脉宽自适应调节方法流程图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0026]
请参阅图1，一种分布式光纤系统，包括分布式光纤激光器、上位机、第一光纤通道、可变光衰减器、光隔离器、时域反射仪、掺饵放大器、第二光纤通道、数据采集卡和光载波。
[0027]
该分布式光纤系统配置为：分布式光纤激光器发射两束激光，一束作为参照光，一束作为探测光，两束激光先后经过第一光纤通道、光隔离器、掺饵放大器，参照光经掺饵放大器直接由数据采集卡采集，探测光经掺饵放大器打至被测光纤再反射经过光载波和第二光纤通道，最后同样由数据采集卡采集。
[0028]
其中，分布式光纤激光器负责发出激光，其配合光纤反射镜使用。
[0029]
其中，上位机负责上位机调节脉宽并分析事件。
[0030]
其中，光隔离器负责对光的方向进行限制。
[0031]
其中，时域反射仪负责控制调节激光脉宽的大小，保障动态范围与空间分辨率。
[0032]
其中，掺饵放大器负责对光信号进行放大。
[0033]
其中，数据采集卡负责采集传感器探测到的时域信号。
[0034]
其中，光载波负责提高传输容量。
[0035]
其中，可变光衰减器负责调节从第一光纤通道射出的激光的强度，从而使光产生混沌振荡。
[0036]
请参阅图2，一种脉宽自适应调节方法，应用于如上所述的分布式光纤系统，包括以下步骤：
[0037]
步骤1，利用数据采集卡采集传感器的时域信号。
[0038]
步骤2，将采集到的时域信号的幅值与预先设定的时域触发阈值进行比较，若时域信号的幅值大于时域触发阈值，则判断存在疑点事件，进入步骤3；若时域信号的幅值不大于触发阈值，则回到步骤1。
[0039]
上述的时域触发阈值根据实际需求预先设定，可进行调整。
[0040]
步骤3，上位机锁定疑点事件的防区地理位置，根据防区地理位置对应的区域等级发送相应脉宽调节命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节分布式激光器所发射激光的脉宽大小。
[0041]
区域等级的划分选定的依据为：根据后果区以及管道沿线的地理信息进行设定，根据不同区域进行脉宽切换。具体为：区域等级的划分为等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ，等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ分别对应高风险区、中风险区和低风险区。
[0042]
高风险区：四层及四层以上楼房(不计地下室层数)普遍集中，历史发生较多误报事件。
[0043]
中风险区：户数在100户或以上的区段,包括市郊居住区、商业区、工业区、规划发展区，历史发生过误报事件。
[0044]
低风险区：管道两侧各200m内有特定场所的区域，历史未发生误报事件。
[0045]
等级ⅰ区域分辨率设置为40-60米，最好为50米，等级ⅱ区域分辨率设置为5-15米，最好为10米，等级ⅲ区域分辨率设置为0.5-2米，最好为1米。
[0046]
根据下式计算不同分辨率所对应的脉宽：
[0047][0048]
其中sr代表分辨率，n代表的是光纤的折射率，c代表的是真空中光速，w代表的是探测光脉冲宽度。
[0049]
步骤4，对疑点事件进行进一步的细化分析，以本领域公知的识别算法完成对疑点事件的识别，最后上位机发送脉宽恢复命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节激光脉宽恢复为初始大小。
[0050]
上述激光脉宽自动调节方案针对突发事件可瞬时切换分辨率进行事件分析，提高事件分析的准确性，既能保证系统的计算量，又能精准地对疑似事件的识别。
[0051]
需要说明的是，不同脉宽下激光功率需要自动调节至最佳工作状态，保证动态范围以及空间分辨率，同时回光信号的信噪比处于稳定水平。时域反射仪和激光功率调节需要一一匹配，利用同一控制信号，实现同步控制，避免激光信号发生大幅度波动。
[0052]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种分布式光纤系统，其特征在于，包括分布式光纤激光器、上位机、第一光纤通道、光隔离器、时域反射仪、掺饵放大器、第二光纤通道、数据采集卡和光载波；所述分布式光纤系统配置为：分布式光纤激光器发射两束激光，一束作为参照光，一束作为探测光，两束激光先后经过第一光纤通道、光隔离器、掺饵放大器，参照光经掺饵放大器直接由数据采集卡采集，探测光经掺饵放大器打至被测光纤再反射经过光载波和第二光纤通道，最后同样由数据采集卡采集；所述时域反射仪用以控制调节激光脉宽的大小。2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤系统，其特征在于，还包括可变光衰减器，所述可变光衰减器用以调节从第一光纤通道射出的激光的强度。3.一种脉宽自适应调节方法，应用于如权利要求1或2所述的分布式光纤系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用数据采集卡采集时域信号；步骤2，将采集到的时域信号的幅值与预先设定的时域触发阈值进行比较，若时域信号的幅值大于时域触发阈值，则判断存在疑点事件，进入步骤3；若时域信号的幅值不大于触发阈值，则回到步骤1；步骤3，上位机锁定疑点事件的防区地理位置，根据防区地理位置对应的区域等级发送相应脉宽调节命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节分布式激光器所发射激光的脉宽大小。4.根据权利要求3所述的一种脉宽自适应调节方法，其特征在于，还包括：步骤4，当识别算法完成疑点事件的识别后，上位机发送脉宽恢复命令给时域反射仪，时域反射仪控制调节激光脉宽恢复为初始大小。5.根据权利要求3所述的一种脉宽自适应调节方法，其特征在于，所述步骤3中区域等级的划分选定的依据为：根据后果区以及管道沿线的地理信息进行设定，根据不同区域进行脉宽切换。6.根据权利要求5所述的一种脉宽自适应调节方法，其特征在于，所述步骤4中区域等级的划分为等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ，等级ⅲ、等级ⅱ和等级ⅰ分别对应高风险区、中风险区和低风险区；等级ⅰ区域分辨率设置为40-60米，等级ⅱ区域分辨率设置为5-15米，等级ⅲ区域分辨率设置为0.5-2米；根据下式计算不同分辨率所对应的脉宽：其中sr代表分辨率，n代表的是光纤的折射率，c代表的是真空中光速，w代表的是探测光脉冲宽度。7.根据权利要求6所述的一种脉宽自适应调节方法，其特征在于，所述步骤4中等级ⅰ区域分辨率设置为50米，等级ⅱ区域分辨率设置为10米，等级ⅲ区域分辨率设置为1米。

技术总结
本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种分布式光纤系统及其脉宽自适应调节方法，包括分布式光纤激光器、上位机、第一光纤通道、光隔离器、时域反射仪、掺饵放大器、第二光纤通道、数据采集卡和光载波；所述分布式光纤系统配置为：分布式光纤激光器发射两束激光，一束作为参照光，一束作为探测光，两束激光先后经过第一光纤通道、光隔离器、掺饵放大器，参照光经掺饵放大器直接由数据采集卡采集，探测光经掺饵放大器打至被测光纤再反射经过光载波和第二光纤通道，最后同样由数据采集卡采集。本发明通过改变脉宽实现空间分辨率的调整，获得更多层次细节，可以降低高速公路汽车对分布式光纤造成的干扰影响，降低移动虚警事件。降低移动虚警事件。降低移动虚警事件。


技术研发人员：李清毅 朱程远 杨秦敏 张国民 江芸 韩锋刚 蒲岩云 张丰 吕卓玲 何国军
受保护的技术使用者：国家管网集团浙江省天然气管网有限公司 浙江省能源集团有限公司 浙江省白马湖实验室有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/8