[发明专利]一种长距光纤方式的海缆监测温度应变分离方法

说明书

本发明提供了一种长距光纤方式的海缆监测温度应变分离方法，将海缆分为登陆段、平坦段、升压站段，在BOTDA测量温度和应变的共同变化量的基础上，登陆段和升压站段增加使用基于ROTDR原理的DTS设备进行海缆温度测量，完成温度和应变的物理分离；平坦段首先将基于ROTDR原理的DTS设备测得的进入平坦段的海缆温度作为温度基线，然后将点式布里渊频移变化作为海缆绝缘不良产生的温度变化，段式变化布里渊频移变化作为外力引起的应变变化，完成温度和应变的判断分离。本发明在海缆监测系统应用中实现温度和应力的分离，给出相应的海缆铜芯温度和外力影响引起的应力变化值，提高海缆在线监测性能。

技术领域

本发明针对分布式光纤海缆监测系统，尤其涉及一种长距光纤方式的海缆监测温度应变分离方法。

背景技术

海底电缆敷设在海底，其运行环境较恶劣，受渔业、石油业及海底地质条件的影响，使得海底电缆可能发生应变类的机械故障。同时，海底电缆绝缘的老化也会引发局部放电，可能引起故障位置的温度升高。目前，海底电缆多采用复合光纤作为传感元器件，对海底电缆温度、扰动和应变等信息进行监测。基于受激布里渊散射原理的布里渊光时域反射(BOTDR)和布里渊光时域分析(BOTDA)等分布式光纤传感技术可以同时测量海缆的温度和应变变化，因此受到了广泛的关注。然而由于布里渊散射光的频移与应变和温度均有线性关系，温度和应变的交叉敏感性使得海缆的温度和应变信息难以同时解调，限制其传感应用。因此如何将温度和应变分离得到了许多关注。

目前常见的温度应变分离方法主要有如下几种：一是增加一根松弛状态的光纤作为参考光纤来独立测量温度，再和紧套光纤测得的温度和应变信息相结合实现温度应变分离；二是将布里渊频移和布里渊光强度相结合，联立方程解调温度和应变；三是采用特殊设计的光纤中存在的多个布里渊峰不同的温度应变系数，联立方程解调温度和应变；四是将布里渊散射和拉曼散射相结合，利用拉曼散射的应变不敏感特性来测量温度实现温度应变分离。但是上述方法中方法一和三需要特殊敷设的光缆，限制了实际工程应用；方法一和四则受限于信噪比问题，不适用长距离的场景。

因此急需一种适用于长距离海缆的温度应变分离策略，以能够有效地实现温度和应变的同时测量，提高海缆在线监测性能。

发明内容

如前所述，本发明的目的就是提供一种长距离海缆监测温度应变分离方法，以能够有效地分离温度和应变，提高海缆在线监测性能。为此，本发明采用以下技术方案：

一种长距光纤方式的海缆监测温度应变分离方法，其特征在于将敷设后的海缆分为不同海缆段，不同海缆段使用不同的方法进行温度应力分离，对于其中的登陆段和升压站段，由于两者距离都比较短，在BOTDA测量温度和应变的共同变化量的基础上，增加使用基于ROTDR的DTS设备进行温度测量，用于监测这两个区域内的海缆温度，BOTDA和ROTDR两者相结合即可实现温度和应变的物理分离。

对于平坦段，由于距离较长，即使在平坦段的两边都加上基于ROTDR的DTS设备，也难以直接测量全部海缆段的温度。对于平坦段海缆而言，绝缘不良产生的温度通常表现为点式变化，外力引起的应变变化表现为段式变化，因此针对长距离海缆的平坦段温度检测问题采用点式变化和段式变化相结合的分离策略。在平坦段首先将基于ROTDR原理的DTS设备测得的进入平坦段的海缆温度作为温度基线，然后将点式布里渊频移变化作为海缆绝缘不良产生的温度变化，段式变化布里渊频移变化作为外力引起的应变变化，完成温度和应变的判断分离。

更进一步地，对于平坦段，将基于ROTDR的DTS设备测得的已经进入平坦段的海缆温度作为平坦段海缆的温度基线，然后设定长度小于一定范围的明显布里渊频移变化视为温度变化，优选地，可设定为3倍空间分辨率。而大于这一长度的明显布里渊频移变化视为应变变化(可能是铺设自然沉降引起)。其中，明显布里渊频移变化是指布里渊频移发生显著变化，可根据当前设备的温度或应变精度进行界定，优选地，可设定为温度或应变精度的3倍。