具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种基于传感光纤的监测方法，包括：

采用高功率激光脉冲作用在传感光栅上，同时产生瑞利散射光信号和拉曼散射光信号；

对生成的瑞利散射光信号进行延迟调制，以产生瑞利散射干涉光信号；

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号；对拉曼散射光信号进行解调得到温度信号。

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号的方法包括：

将瑞利散射干涉光信号转化为电信号；

对转化后的电信号进行解调，得到第一振动信号。

对拉曼散射光信号进行解调得到温度信号的方法包括：

将拉曼散射光信号转化为电信号；

消除转化后的电信号中的拉曼散射强度噪声；

对消除拉曼散射强度噪声后的电信号进行解调，得到温度信号。

第一个拉曼散射光脉冲强度与第一个瑞利散射光脉冲强度之间的比值即可消除噪声影响，最终可通过温度解调单元11提取出准确温度信息。

本发明基于传感光纤的监测装置，如图1所示，包括：脉冲激光器1、第一光纤耦合器2、延时光纤3、第二光纤耦合器4、波分复用器10、传感光纤6、第一光电探测器11、第二光电探测器12、数据采集卡13、温度解调单元17、振动解调单元14以及显示单元16；脉冲激光器的输出端连接第一光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第一输出端口依次连接延时光纤和第二光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第二输出端口直接连接第二光纤耦合器第二输入端口，第二光纤耦合器输出端口连接波分复用器第一输入端口，波分复用器输出端连接传感光纤，波分复用器第二输入端口连接第一光电探测器输入端，第一光纤耦合器第二输入端口连接第二光电探测器输入端，第一光电探测器输出端和第二光电探测器输出端分别连接数据采集卡的两个输入端口，数据采集卡的一个输出端口连接温度解调单元，数据采集卡的另一个输出端口连接微震解调单元，温度解调单元和微震解调单元输出端连接显示单元；所述脉冲激光器发出的脉冲光经所述传感光纤反射形成瑞利散射和拉曼散射，所述延时光纤使所述瑞利散射产生分布式瑞利散射干涉用于振动监测。

高功率脉冲激光器1发出的高功率激光脉冲经第一光纤耦合器2后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3后进入第二光纤耦合器4，另一路脉冲光直接进入第二光纤耦合器4，由于延时光纤的存在使得两路光之间存在光程差，进而形成一定相位差。从第二光纤耦合器4输出的两路具有一定相位差的脉冲光信号经波分复用器10进入传感光纤6，两路高功率激光脉冲在传感光纤6中传播过程中，脉冲所到达光纤各点处时均会产生后向瑞利散射光信号和拉曼后向散射光信号且两种散射光信号具有不同波长，两种后向散射光均沿原路返回至波分复用器10并被分离为两路，其中拉曼后向散射光进入第一光电探测器11，且拉曼后向散射光信号有两个脉冲，分别是由两路具有一定相位差的脉冲光信号分别产生的拉曼散射，其中信号较弱的拉曼散射脉冲由经过时延光纤的脉冲所产生。由于拉曼后向散射光信号的强度对温度敏感，通过第一光电探测器11探测信号较强的拉曼散射脉冲，得到沿光纤各点拉曼散射信号强度变化，可初步得到外界沿光纤的温度分布。后向瑞利散射光信号则沿原路返回并被第二光纤耦合器4后被分为两路，其中一路依次经延时光纤3、第一光纤耦合器2后进入第二光电探测器12，另一路直接经第一光纤耦合器2后进入第二光电探测器12，也就是说对于入射到传感光纤6中的两路具有一定相位差的脉冲光信号，每个脉冲所对应产生的一个瑞利散射光脉冲，均会形成两个具有一定时延差的瑞利散射脉冲光，因而在第一耦合器2处汇合共形成具有一定时间间隔的四个瑞利散射光脉冲。第一个瑞利散射光脉冲强度最大，而光程差近似相等的第二个和第三个瑞利散射光脉冲则因满足相干条件而产生干涉，当光纤受到外界微震扰动时，两个瑞利散射光脉冲之间相位差或光程差发生变化，导致干涉信号发生对应变化，通过第二光电探测器12探测光信号干涉变化即初步可得到外界微震信息。对于该方案，由于拉曼散射光强度同时受到温度影响，以及光纤弯曲、连接等各种损耗以及光源强度抖动等噪声影响，而瑞利散射光强度仅受到光纤弯曲、连接等各种损耗以及光源强度抖动等噪声影响，因而通过拉曼散射强度噪声消除单元18得到第一个拉曼散射光脉冲强度与第一个瑞利散射光脉冲强度之间的比值即可消除噪声影响，最终可通过温度解调单元17提取出准确温度信息。此外，由于温度亦会对干涉信号及其微震灵敏度造成影响，通过事先标定温度对微震传感影响趋势，在得到准确温度分布信息后，即可通过微震解调单元14，一方面利用已知的温度影响趋势规律消除温度串扰，另一方面对经温度串扰消除后的微震扰动信号强度、频率以及功率谱进行解析，并最终在显示单元16显示温度分布及微震分析结果。

实施例2

一种基于传感光纤的监测方法，包括：

采用高功率激光脉冲作用在传感光栅上，同时产生瑞利散射光信号和拉曼散射光信号；

对生成的瑞利散射光信号进行延迟调制，以产生瑞利散射干涉光信号；对生成的拉曼散射光信号进行延迟调制，以产生拉曼散射干涉光信号；

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号；对拉曼散射干涉光信号进行解调得到第二振动信号；分析第二振动信号和第一振动信号，识别定位衰落噪声并加以消除。

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号的方法包括：

将瑞利散射干涉光信号转化为电信号；

对转化后的电信号进行解调，得到第一振动信号。

本发明基于传感光纤的监测装置，如图2所示，包括：脉冲激光器1、第一光纤耦合器2、延时光纤3、第二光纤耦合器4、传感光纤6、波分复用器10，第一光电探测器11、第二光电探测器12、数据采集卡13、振动解调单元14、噪声消除单元15以及显示与存储单元16；脉冲激光器的输出端连接第一光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第一输出端口依次连接延时光纤和第二光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第二输出端口直接连接第二光纤耦合器第二输入端口，第二光纤耦合器输出端口连接传感光纤，第二光纤耦合器第一输出端口依次连接延时光纤和第一光纤耦合器的第一输入端口，第二光纤耦合器第二输出端口直接连接第一光纤耦合器第二输入端口，第一光纤耦合器输出端口连接波分复用器输入端口，波分复用器的两个输出端口分别连接第一光电探测器输入端和第二光电探测器输入端，第一光电探测器输出端和第二光电探测器输出端连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端依次连接振动解调单元、噪声消除单元和显示与存储单元。

脉冲激光器1发出的高功率激光脉冲经第一光纤耦合器2后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3形成一定相位差后进入第二光纤耦合器4，另一路脉冲光直接进入第二光纤耦合器4，从第二光纤耦合器4输出的两路具有一定相位差的脉冲光信号依次进入传感光纤6，两路高功率激光脉冲在传感光纤6中传播过程中，脉冲所到达各点处时均会产生不同波长的后向瑞利散射光信号和拉曼后向散射光信号，两种后向散射光均会沿原路返回至第二光纤耦合器4后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3，对由于进入延时光纤3时所产生的相位差进行补偿后进入第一光纤耦合器2，另一路脉冲光则直接进入第一光纤耦合器2，从第一光纤耦合器2输出的两路脉冲光信号中，部分光由于光程差近似相等，满足相干条件并形成干涉，经波分复用器10后，后向瑞利散射光和拉曼后向散射光被分离为两路输出信号，其中后向瑞利散射光进入第一光电探测器，拉曼后向散射光进入第二光电探测器，数据采集卡13同步采集第一光电探测器11和第二光电探测器12输出的电信号后，所采集数据进入振动解调单元14，振动解调单元14分别对后向瑞利散射光和拉曼后向散射光中产生干涉的信号进行提取分析，当光纤受到外界振动扰动时，光信号干涉状态亦产生对应变化，通过对后向瑞利散射光和拉曼后向散射光干涉状态的分析即可初步得到包含各种噪声扰动的振动信息。相关振动信息进入噪声消除单元15，利用后向瑞利散射光和拉曼后向散射光由于波长不同，因而所产生相干衰落噪声位置不同的特性，通过后向瑞利散射光和拉曼后向散射光信号对比，即可识别出衰落噪声与真实振动，在此基础上，通过非干涉部分光信号与干涉部分光信号之间对比即可消除光源波动、温度变化、光纤弯曲、连接等各种损耗所引起强度起伏噪声，最终在显示与存储单元16显示和存储最终结果。

脉冲激光器1发出的高功率激光脉冲经第一光纤耦合器2后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3后进入第二光纤耦合器4，另一路脉冲光直接进入第二光纤耦合器4，由于延时光纤3的存在使得两路光之间存在光程差，进而形成一定相位差。从第二光纤耦合器4输出的两路具有一定相位差的脉冲光信号进入传感光纤6，两路高功率激光脉冲在传感光纤6中传播过程中，脉冲所到达光纤各点处时均会产生后向瑞利散射光信号和拉曼后向散射光信号且两种散射光信号具有不同波长，两种后向散射光均沿原路返回至第二光纤耦合器4被分离为两路，其中一路依次经延时光纤3、第一光纤耦合器2后进入波分复用器10，另一路直接经第一光纤耦合器2后进入波分复用器10，也就是说对于入射到传感光纤6中的两路具有一定相位差的脉冲光信号，由于每个脉冲都会对应产生一个瑞利散射反射光脉冲和一个拉曼散射反射光脉冲，因而两路脉冲光信号最终会形成一对具有一定时延差的瑞利散射反射脉冲光和一对具有一定时延差的拉曼散射反射光脉冲。同理，当每个脉冲反射光原路返回后亦会再次形成两个具有一定时延差的反射光，因而在第一光纤耦合器2处汇合共形成具有一定时间间隔的四个瑞利散射光脉冲。同理，在第一光纤耦合器2处亦会同时形成具有相同时间间隔的四个拉曼散射光脉冲，由于部分反射光会经过延时光纤3，因而能够对通过延时光纤3的部分入射光所形成的光程差进行有效补偿补偿，因而传播路径为脉冲激光器1-第一光纤耦合器2-延时光纤3-第二光纤耦合器4-传感光纤6-第二光纤耦合器4-第一光纤耦合器2-波分复用器10和脉冲激光器1-第一光纤耦合器2-第二光纤耦合器4-传感光纤6-第二光纤耦合器4-延时光纤3-第一光纤耦合器2-波分复用器10的两个瑞利散射光脉冲之间以及两个拉曼散射光脉冲之间光程差近似相等，能够满足相干条件，因而均可在第一光纤耦合器2处形成干涉。第一光纤耦合器2所输出的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号通过波分复用器10分离后，分别进入第一光电探测器11和第二光电探测器12，将对应瑞利散射光信号和拉曼散射光信号分别转化为电信号后通过数据采集卡13进行同步采集后，经振动解调单元14从多组脉冲中识别并提取出对应的干涉瑞利散射信号及干涉拉曼散射信号用于振动传感。当光纤受到外界振动扰动时，由于光纤变形导致光程差改变，干涉瑞利散射光信号之间以及干涉拉曼散射光信号之间的相位差均会发生变化，导致干涉信号状态发生对应变化，通过解析瑞利散射和拉曼散射光信号干涉变化即可初步得到外界振动信息。由于后向瑞利散射光和拉曼后向散射光信号均会产生相干衰落噪声影响，但由于相干衰落噪声出现的位置与信号波长有关，而振动则不受信号波长影响，因此利用后向瑞利散射光和拉曼后向散射光波长不同，如果是真实振动，则两个干涉信号会体现相同变化特征，但两个干涉信号中的相干衰落噪声在光纤空间分布位置则随机不同，因而在噪声消除单元15中，通过对两个干涉信号对比能够轻易判断出空间某处信号异常究竟是真实振动还是相干衰落噪声引起。此外，对于该方案，瑞利散射以及拉曼散射信号均会收到光纤弯曲、连接等各种损耗以及光源强度抖动等系统噪声影响，且拉曼反斯托克斯散射光强度还会受到温度变化影响，但对于以上噪声，其均会引起以上两种散射的干涉信号脉冲与非干涉信号强度的同步等比例变化，因而在噪声消除单元15，还可通过瑞利散射干涉信号脉冲与非干涉信号脉冲强度对比，以及拉曼散射干涉光脉冲与非干涉拉曼散射光脉冲强度之间的比值，即可消除以上系统噪声影响，最终通过对振动信号强度、频率以及功率谱进行解析得到准确振动信息，并在显示与存储单元16显示和存储最终结果。

实施例3

一种基于传感光纤的监测方法，包括：

采用高功率激光脉冲作用在传感光栅上，同时产生瑞利散射光信号和拉曼散射光信号；

对生成的瑞利散射光信号进行延迟调制，以产生瑞利散射干涉光信号；对生成的拉曼散射光信号进行延迟调制，以产生拉曼散射干涉光信号；

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号；对拉曼散射干涉光信号进行解调得到第二振动信号；分析第二振动信号和第一振动信号，识别定位衰落噪声并加以消除。

对瑞利散射干涉光信号进行解调得到第一振动信号的方法包括：

将瑞利散射干涉光信号转化为电信号；

对转化后的电信号进行解调，得到第一振动信号。

本发明一种基于传感光纤的监测装置，如图3所示，包括：包括脉冲激光器1、第一光纤耦合器2、延时光纤3、第二光纤耦合器4、光纤环形器5、传感光纤6、第三光纤耦合器7、延时补偿光纤8、第四光纤耦合器9、波分复用器10，第一光电探测器11、第二光电探测器12、数据采集卡13、振动解调单元14、噪声消除单元15和显示与存储单元16。脉冲激光器的输出端连接第一光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第一输出端口依次连接延时光纤和第二光纤耦合器的第一输入端口，第一光纤耦合器第二输出端口直接连接第二光纤耦合器第二输入端口，第二光纤耦合器输出端口连接光纤环形器第一端口，光纤环形器的第二端口连接传感光纤，光纤环形器的第三端口连接第三耦合器输入端，第三光纤耦合器第一输出端口依次连接延时补偿光纤和第四光纤耦合器的第一输入端口，第三光纤耦合器第二输出端口直接连接第四光纤耦合器第二输入端口，第四光纤耦合器输出端口连接波分复用器输入端口，波分复用器的两个输出端口分别连接第一光电探测器输入端和第二光电探测器输入端，第一光电探测器输出端和第二光电探测器输出端连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端依次连接振动解调单元、噪声消除单元和显示与存储单元。

脉冲激光器1发出的高功率激光脉冲经第一光纤耦合器2后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3形成一定相位差后进入第二光纤耦合器4，另一路脉冲光直接进入第二光纤耦合器4，从第二光纤耦合器4输出的两路具有一定相位差的脉冲光信号经光纤环形器5依次进入传感光纤6，两路高功率激光脉冲在传感光纤6中传播过程中，脉冲所到达各点处时均会产生不同波长的后向瑞利散射光信号和拉曼后向散射光信号，两种后向散射光均会沿原路返回至光纤环形器5后经第三光纤耦合器7后分为两路，其中一路脉冲光经延时补偿光纤8，对由于延时光纤3所产生的相位差进行补偿后进入第四光纤耦合器9，另一路脉冲光则直接进入第四光纤耦合器9，从第四光纤耦合器9输出的两路脉冲光信号中，部分光由于光程差近似相等，满足相干条件并形成干涉，经波分复用器10后，后向瑞利散射光和拉曼后向散射光被分离为两路输出信号，其中后向瑞利散射光进入第一光电探测器，拉曼后向散射光进入第二光电探测器，数据采集卡13同步采集第一光电探测器11和第二光电探测器12输出的电信号后，所采集数据进入振动解调单元14，振动解调单元14分别对后向瑞利散射光和拉曼后向散射光中产生干涉的信号进行提取分析，当光纤受到外界振动扰动时，光信号干涉状态亦产生对应变化，通过对后向瑞利散射光和拉曼后向散射光干涉状态的分析即可初步得到包含各种噪声扰动的振动信息。相关振动信息进入噪声消除单元15，利用后向瑞利散射光和拉曼后向散射光由于波长不同，因而所产生相干衰落噪声位置不同的特性，通过后向瑞利散射光和拉曼后向散射光信号对比，即可识别出衰落噪声与真实振动，在此基础上，通过非干涉部分光信号与干涉部分光信号之间对比即可消除光源波动、温度变化、光纤弯曲、连接等各种损耗所引起强度起伏噪声，最终在显示与存储单元16显示和存储最终结果。

脉冲激光器1发出的高功率激光脉冲经第一光纤耦合器2后分为两路，其中一路脉冲光经延时光纤3后进入第二光纤耦合器4，另一路脉冲光直接进入第二光纤耦合器4，由于延时光纤3的存在使得两路光之间存在光程差，进而形成一定相位差。从第二光纤耦合器4输出的两路具有一定相位差的脉冲光信号经光纤环形器5进入传感光纤6，两路高功率激光脉冲在传感光纤6中传播过程中，脉冲所到达光纤各点处时均会产生后向瑞利散射光信号和拉曼后向散射光信号且两种散射光信号具有不同波长，两种后向散射光均沿原路返回至光纤环形器5并经第三光纤耦合器7被分离为两路，其中一路依次经延时补偿光纤8、第四光纤耦合器9后进入波分复用器10，另一路直接经第四光纤耦合器9后进入波分复用器10。对于入射到传感光纤6中的两路具有一定相位差的脉冲光信号，由于每个脉冲都会对应产生一个瑞利散射反射光脉冲和一个拉曼散射反射光脉冲，因而两路脉冲光信号最终会形成一对具有一定时延差的瑞利散射反射脉冲光和一对具有一定时延差的拉曼散射反射光脉冲。而当每个反射光脉冲通过第四光纤耦合器9后，会再次分为两路，也就是说每个后向散射光脉冲，最终均会形成两个具有一定时延差的后向散射光脉冲，因而在第四光纤耦合器9处汇合共形成具有一定时间间隔的四个瑞利散射光脉冲。同理，在第四光纤耦合器9处亦会同时形成具有相同时间间隔的四个拉曼散射光脉冲，由于部分反射光脉冲会经过延时补偿光纤8，因而能够对通过延时光纤3的部分入射光所形成的光程差进行有效补偿补偿，因而传播路径为第一光纤耦合器2-延时光纤3-第二光纤耦合器4-光纤环形器5-传感光纤6-第三光纤耦合器7-第四光纤耦合器9和第一光纤耦合器2-第二光纤耦合器4-光纤环形器5-传感光纤6-第三光纤耦合器7-延时补偿光纤8-第四光纤耦合器9的两个瑞利散射光脉冲之间以及两个拉曼散射光脉冲之间光程差近似相等，能够满足相干条件，因而均可在第四光纤耦合器9处形成干涉。第四光纤耦合器9所输出的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号通过波分复用器10分离后，分别进入第一光电探测器11和第二光电探测器12，将对应瑞利散射光信号和拉曼散射光信号分别转化为电信号后通过数据采集卡13进行同步采集后，经振动解调单元14从多组脉冲中识别并提取出对应的干涉瑞利散射信号及干涉拉曼散射信号用于振动传感。当光纤受到外界振动扰动时，由于光纤变形导致光程差改变，干涉瑞利散射光信号之间以及干涉拉曼散射光信号之间的相位差均会发生变化，导致干涉信号状态发生对应变化，通过解析瑞利散射和拉曼散射光信号干涉变化即可初步得到外界振动信息。由于后向瑞利散射光和拉曼后向散射光信号均会产生相干衰落噪声影响，但由于相干衰落噪声出现的位置与信号波长有关，而振动则不受信号波长影响，因此利用后向瑞利散射光和拉曼后向散射光波长不同，如果是真实振动，则两个干涉信号会体现相同变化特征，但两个干涉信号中的相干衰落噪声在光纤空间分布位置则随机不同，因而在噪声消除单元15中，通过对两个干涉信号对比能够轻易判断出空间某处信号异常究竟是真实振动还是相干衰落噪声引起。此外，对于该方案，瑞利散射以及拉曼散射信号均会收到光纤弯曲、连接等各种损耗以及光源强度抖动等系统噪声影响，且拉曼反斯托克斯散射光强度还会受到温度变化影响，但对于以上噪声，其均会引起以上两种散射的干涉信号脉冲与非干涉信号强度的同步等比例变化，因而在噪声消除单元15，还可通过瑞利散射干涉信号脉冲与非干涉信号脉冲强度对比，以及拉曼散射干涉光脉冲与非干涉拉曼散射光脉冲强度之间的比值，即可消除以上系统噪声影响，最终通过对振动信号强度、频率以及功率谱进行解析得到准确振动信息，并在显示与存储单元16显示和存储最终结果。