(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221095419 2.4 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 唐健冠　王国栋　黄姝琪　刘聪　 杨明红　程乘　甘维兵　 (74)专利代理 机构 武汉智嘉联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 42231 专利代理师 李晓娟 (51)Int.Cl. G01D 5/353(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种分布式温度和振动测量系统和方法 (57)摘要 本发明公开了一种分布式温度和振动测量 系统和方法， 包括激光光源、 声 光调制器、 第一环 形器、 弱光栅阵列、 第一耦合器、 第二环形器、 第 二耦合器、 两个反射镜以及数据处理模块， 所述 激光光源、 声光调制器、 第一环形器和弱光栅阵 列依次连接， 所述第一耦合器、 第二环形器、 第二 耦合器和反射镜依次连接， 所述第一耦合器另一 端连接于所述第一环形器的输出端， 所述数据处 理模块分别连接于所述第一耦合器和第二耦合 器。 本发明解决了现有技术中分布式温度和振动 测量系统成本高、 信噪比差的问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115388918 A 2022.11.25 CN 115388918 A 1.一种分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 包括： 激光光源、 声光调制器、 第一环 形器、 弱光栅阵列、 第一耦合器、 第二环形器、 第二耦合器、 两个反射镜以及数据处理模块， 所述激光光源、 声光调制器、 第一环形器和弱光栅阵列依次连接， 所述第一耦合器、 第二环 形器、 第二耦合器和反射镜依 次连接， 所述第一耦合器另一端连接于所述第一环形器的输 出端， 所述数据处 理模块分别连接 于所述第一耦合器和第二耦合器； 所述激光 光源用于产生连续 光； 所述声光调制器用于将所述连续光调制成相应的脉冲光， 并将所述脉冲光输入至所述 第一环形器； 所述第一环形器用于 接收所述脉冲光， 并将所述脉冲光输入至所述弱光 栅阵列中； 所述弱光栅阵列用于根据所述脉冲光生成第 一反射信号， 并将所述第 一反射信号输入 至所述第一环形器； 所述第一环形器还用于将所述第一反射信号输送至第一耦合器； 所述第一耦合器用于接收所述第 一反射信号， 并将所述第 一反射信号分为检测信号和 探测信号； 所述第二环形器用于 接收所述探测信号， 并将所述探测信号输入至所述第二耦合器； 所述第二耦合器用于接收所述探测信号， 并基于两个所述反射镜生成三组第 二反射信 号； 所述数据处理模块用于接收所述检测信号和三组第 二反射信号， 并将所述检测信号和 第二反射信号分别转换为第一电信号和三组第二电信号。 2.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述分布式温度和 振动测量系统还包括信号发生器， 所述信号发生器连接于所述声光调制 器， 用以生成驱动 信号， 以改变所述声光调制器输出的脉冲光的周期和脉宽 。 3.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述分布式温度和 振动测量系统还包括掺铒光纤放大器， 所述掺铒光纤放大器设置在所述声光调制器和所述 第一环形器之间， 用于将所述脉冲光进行放大； 所述声光调制器用于将所述脉冲光输入至 所述第一环形器， 具体包括， 所述声光调制器将所述脉冲光传送至所述掺铒光纤放大器， 经 掺铒光纤放大器放大后， 输入至第一环形器。 4.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述激光光源用于 产生连续光， 具体包括， 所述连续光的输出波长以一设定波长逐步增加， 所述连续光的波长 可通过如下公式表达： λm＝λ1+mΔ λ1， 其中， λ1为初始波长， λm为终止波长， Δ λ1为波长变化步 长， m为波长变化系数。 5.根据权利要求4所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述数据处理模块 包括光电探测器、 第一数字处理单元和第二数字处理单元， 所述光电探测器分别连接于所 述第一耦合器、 第二耦合器、 第一数字处 理单元和第二数字处 理单元； 所述光电探测器用于接收所述检测信号和三组所述第 二反射信号， 并将所述检测信号 和三组第二反射信号 转换为第一电信号和三组第二电信号； 所述第一数字处理单元用于接收所述第 一电信号， 并通过预设的温度处理程序对所述 第一电信号进行处 理， 确定变化后的温度； 所述第二数字处理单元用于接收三组所述第 二电信号， 并对所述第 二电信号依次进行权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115388918 A 2解码解调和校准， 确定振动相位信息 。 6.根据权利要求5所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述通过预设的温 度处理程序对所述第一电信号进行处 理， 确定变化后的温度， 包括： 获取初始室温值， 基于所述初始室温值， 扫描所有波长的所述连续光， 并获取所述弱光 栅阵列中所有光 栅的初始光谱数据； 根据所述初始光谱数据， 对光谱漂移量和温度变化值之间的对应关系进行标定， 确定 漂移量与温度变化 值之间的关联参数； 获取所有波长状态下光 栅处反射的强度信息； 建立所述初始光谱数据和所述强度信息的互相关 关系， 确定光谱漂移量； 根据所述 光谱漂移量、 初始室温值和关联参数， 确定变化后的温度。 7.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述对所述第 二电 信号依次进行解码解调和校准， 确定振动相位信息， 包括： 基于所述第二数字处理单元， 对一个扫描周期内所有波长的第二电信号进行解调， 获 取每一个传感区域内解调的相位 值； 对不同波长下的所述相位值进行校准， 以使解调相位以一设定波长基准， 确定统一标 准的振动相位信息 。 8.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 两个所述反射镜之 间的臂差与两个相 邻的光栅之间的间隔一致， 其中， 相 邻弱光栅间隔可通过如下公 式表达： 其中L是系统的空间分辨率， c是真空中的光速， τ是调制的光脉冲脉宽， n是光纤的 有效折射率。 9.根据权利要求1所述的分布式温度和振动测量系统， 其特征在于， 所述第 一耦合器为 1*2耦合器， 所述第二耦合器为3 *3耦合器。 10.一种分布式温度和振动测量的方法， 其特 征在于， 包括： 获取连续光， 并将所述连续 光调制成相应的脉冲光； 根据所述脉冲光获取第一反射信号； 接收所述第一反射信号， 并将所述反射信号分为检测信号和探测信号； 根据所述探测信号获得三组第二反射信号； 接收所述检测信号和三组所述第 二反射信号， 并分别根据 所述检测信号和三组第 二反 射信号， 确定变化后的温度值以及振动相位信息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115388918 A 3