一种光纤线路的应变定位方法、装置、设备及介质与流程

1.本技术实施例涉及光纤测量技术领域，尤其涉及一种光纤线路的应变定位方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.随着电力系统的发展，电力光缆(例如光纤复合架空线路，简称为光纤线路)的应用越来越广泛。光纤线路架设于空中，容易遭受外力破坏(如风吹、覆冰、山火、雷击等)导致发生故障。因此，对光纤线路的应变情况进行定位是非常有必要的。
3.现有技术中，j.c.juarez等人基于相位敏感型的光时域反射计(time
‑
domain reflectometry，)技术以超窄线宽和低频移激光器且khz以下的线宽作为光源，检测并定位光纤线路的应变情况，虽然能够做到在12km的传感光纤上有较好的空间分辨率。但是，该方法不能对光纤线路的应变情况进行精确定位。因此，需要设计一种光纤线路的应变定位方法，能够满足对光纤线路的应变情况进行精确定位的需求。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种光纤线路的应变定位方法、装置、设备及介质，以实现对光纤线路的应变情况进行精确定位。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种光纤线路的应变定位方法，该方法包括：
6.根据背向散射光的光功率和基础功率，确定所述背向散射光的干涉功率；
7.基于所述干涉功率计算光纤线路的折射率变化值；
8.根据所述折射率变化值和所述光纤线路的地理信息，确定所述光纤线路的应变位置信息。
9.第二方面，本技术实施例提供了一种光纤线路的应变定位装置，该装置包括：
10.功率确定模块，用于根据背向散射光的光功率和基础功率，确定所述背向散射光的干涉功率；
11.折射率确定模块，用于基于所述干涉功率计算光纤线路的折射率变化值；
12.应变定位模块，用于根据所述折射率变化值和所述光纤线路的地理信息，确定所述光纤线路的应变位置信息。
13.第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：
14.一个或多个处理器；
15.存储装置，用于存储一个或多个程序；
16.当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本技术任意实施例所述的光纤线路的应变定位方法。
17.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现本技术任意实施例所述的光纤线路的应变定位方法。
18.本技术实施例提供了一种光纤线路的应变定位方法、装置、设备及介质，根据背向
散射光的光功率和基础功率，确定背向散射光的干涉功率；基于干涉功率计算光纤线路的折射率变化值；根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。本技术可以对光纤线路的应变情况进行精确定位。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
21.图1为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位方法的第一流程示意图；
22.图2为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位方法的第二流程示意图；
23.图3为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位装置的结构示意图；
24.图4是用来实现本技术实施例的光纤线路的应变定位方法的电子设备的框图。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.实施例一
27.图1为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位方法的第一流程示意图，本实施例可适用于对光纤线路中的应变状况进行定位的情况。本实施例提供的光纤线路的应变定位方法可以由本技术实施例提供的光纤线路的应变定位装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在执行本方法的电子设备中。
28.参见图1，本实施例的方法包括但不限于如下步骤：
29.s110、根据背向散射光的光功率和基础功率，确定背向散射光的干涉功率。
30.其中，背向散射光中包含至少两个散射点；背向散射光的光功率是指背向散射光在单位时间内所产生的功率，包括基础功率和干涉功率；背向散射光的基础功率表示至少两个散射点的基础功率之和；背向散射光的干涉功率表示至少两个散射点之间因相干效应所产生的干涉功率。
31.在本技术实施例中，利用耦合器将光源注入至光纤线路中，光源在光纤线路中传播时，由于光纤线路中实际存在的不均匀性(如光纤接头点、光纤断裂点或光纤发生应变等)，沿光纤线路各点发生布里渊散射现象，一部分散射光沿传播相反方向回到注入端，即背向散射光。其中，光纤线路中的光源可以是任意一种脉冲光，优选的，可以为窄带脉冲光源。
32.在本技术实施例中，通过光电检测器在注入端获得光纤沿线的背向散射光的布里渊谱，再从该背向散射光的布里渊谱中，提取出背向散射光的光功率。
33.在本技术实施例中，根据各个散射点的振幅和各个散射点返回至注入端的往返程时间，得到背向散射光的基础功率。然后，再将背向散射光的光功率减去背向散射光的基础功率，得到背向散射光的干涉功率。
34.s120、基于干涉功率计算光纤线路的折射率变化值。
35.在本技术实施例中，经上述步骤s110确定出背向散射光的干涉功率之后，首先获取各个散射点的基础信息，再根据各个散射点的基础信息和背向散射光的干涉功率，采用预设公式计算光纤线路的折射率变化值。其中，基础信息包括各个散射点之间相位差、各个散射点的振幅和各个散射点返回至注入端的往返程时间。
36.优选的，光纤线路中的光源可以为窄带脉冲光源。如果注入至光纤线路中的光源为窄带脉冲光源，那么即使光纤折射率发生轻微的变化都可以由脉冲光之间的相干效应得到加强，即背向散射光的干涉功率的值越大。
37.s130、根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。
38.其中，应变是指光纤线路因受温度变化和/或外力变化所发生的变化。
39.在本技术实施例中，通过对光纤线路进行标记识别，用于得到光纤线路的地理信息。其中，确定光纤线路的地理信息的具体过程将在下述实施例中进行解释说明。经上述步骤s110确定出光纤线路的折射率变化值之后，再根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。
40.可选的，本步骤根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息的具体过程可以通过以下两个子步骤实现：
41.s1301、根据折射率变化值计算光纤线路的长度。
42.其中，光纤线路的长度是指从光纤线路的注入端到应变点之间的长度。
43.在本技术实施例中，通过如下公式(1)对折射率变化值进行处理，得到光纤线路的长度：
[0044][0045]
其中，l为光纤线路的长度；t为背向散射光返回至注入端的往返程时间；c为光速；n
f
为光纤线路的折射率变化值。
[0046]
其中，背向散射光返回至注入端的往返程时间可以根据各个散射点返回至注入端的往返程时间进行计算而得，具体计算方式本技术实施例不具体限定。
[0047]
s1302、根据长度和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。
[0048]
在本技术实施例中，通过无人机可以搜索散射点的位置信息，再结合光纤线路的长度，从而可以确定出光纤线路的应变位置信息。其中，本技术采用的无人机配置有热传感器和定位系统。
[0049]
本实施例提供的技术方案，根据背向散射光的光功率和基础功率，确定背向散射光的干涉功率；基于干涉功率计算光纤线路的折射率变化值；根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。本技术通过背向散射光的干涉功率，确定光纤线路的折射率变化值；再通过折射率变化值计算光纤线路的长度；最后将光纤线路的长度和光纤线路的地理信息相结合，便可确定光纤线路的应变位置信息，解决了现有技术中对光纤线路的应变情况不能精确定位的问题。执行本技术的技术方案，可以实现对光纤线路的应变情况进行精确定位。
[0050]
实施例二
[0051]
图2为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位方法的第二流程示意图。本技术
实施例是在上述实施例的基础上进行优化，具体优化为：增加了对背向散射光的光功率和基础功率的确定过程和光纤线路的地理信息的确定过程进行详细的解释说明。
[0052]
参见图2，本实施例的方法包括但不限于如下步骤：
[0053]
s210、获取光纤线路中背向散射光的布里渊谱、振幅和往返程时间。
[0054]
在本技术实施例中，利用耦合器将脉冲光注入至光纤线路中，脉冲光在光纤线路中传播时发生布里渊散射现象，通过光电检测器在注入端获得光纤沿线的背向散射光的布里渊谱。并且，通过光电检测器获取背向散射光中各个散射点的振幅和往返程时间。
[0055]
s220、根据背向散射光的布里渊谱，确定背向散射光的光功率。
[0056]
在本技术实施例中，背向散射光的布里渊谱是关于背向散射光的波长和光功率的二维变化曲线。从该二维变化曲线中，提取出背向散射光的光功率。
[0057]
s230、根据背向散射光的振幅和往返程时间，确定背向散射光的基础功率。
[0058]
在本技术实施例中，通过如下公式(2)对背向散射光的振幅和往返程时间进行处理，得到背向散射光的基础功率：
[0059][0060]
其中，p1为背向散射光的基础功率；t为时间；n为散射点的数量，背向散射光中包含至少两个散射点；a
i
为第i个散射点的振幅；α为光纤线路的衰减系数；c为光速；τ
i
为第i个散射点返回至注入端的往返程时间；n
f
为光纤线路的折射率；w为散射点的脉冲宽度。
[0061]
需要说明的是，背向散射光的基础功率表示至少两个散射点的功率之和，不随着光纤沿线的应变(振动变化或温度变化)而改变，也不随着脉冲光的频率而改变。
[0062]
s240、根据背向散射光的光功率和基础功率，确定背向散射光的干涉功率。
[0063]
在本技术实施例中，背向散射光的光功率是由背向散射光的基础功率和背向散射光的干涉功率两部分相加而得。因而，经上述步骤确定出背向散射光的光功率和背向散射光的基础功率之后，两者相减，可以得到背向散射光的干涉功率。
[0064]
s250、基于干涉功率计算光纤线路的折射率变化值。
[0065]
在本技术实施例中，经上述步骤s240确定出背向散射光的干涉功率之后，首先获取各个散射点的基础信息，再根据各个散射点的基础信息和背向散射光的干涉功率，计算光纤线路的折射率变化值。其中，基础信息包括各个散射点之间相位差、各个散射点的振幅和各个散射点返回至注入端的往返程时间。
[0066]
具体的，通过如下公式(3)对光纤线路的干涉功率进行处理，得到光纤线路的折射率变化值：
[0067][0068]
其中，p为背向散射光的干涉功率；t为时间；n为散射点的数量，背向散射光包含至少两个散射点；为第i个和第j个散射点之间的相位差；a
i
和a
j
分别为第i个散射点和第j个散射点的振幅；α为光纤线路的衰减系数；c为光速；τ
i
和τ
j
分别为第i个散射点和第j个散射点返回至注入端的往返程时间；n
′
f
为光纤线路的折射率变化值；w为散射点的脉冲宽度。
[0069]
其中，公式(3)中的脉冲宽度满足如下公式(4)：
[0070][0071]
s260、通过对光纤线路进行标记识别，生成光纤线路的地理信息。
[0072]
在本技术实施例中，先通过射频识别技术(radio frequency identification，rfid)对光纤线路进行标记识别，再确定线路光纤的矢量图，最后生成光纤线路的地理信息。具体的：第一步，先采用rfid标签对光纤线路进行标记，再通过rfid读写器进行识别，得到线路光纤的识别信息，并将该识别信息通过webservice技术发送给地理信息系统；第二步，通过无人机采集光纤线路的栅格图像，并将该栅格图转换成矢量图；第三步，通过地理信息系统和矢量图相结合，得到线路光纤的地理信息。
[0073]
可选的，将栅格图转换成矢量图的具体过程为：先在栅格图像上选取三个不在同一直线的点，再对这三个点进行精确坐标定位。根据不在同一直线的三点确定一个平面的定理，可以得到栅格图像上任何一点的精确坐标信息，从而得栅格图像对应的矢量图，其中，矢量图的坐标原点可以任意选择。
[0074]
s270、根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。
[0075]
在本技术实施例中，经上述步骤s250确定出光纤线路的折射率变化值之后，根据折射率变化值计算光纤线路的长度。通过无人机可以搜索散射点的位置信息，并结合光纤线路的长度，从而可以确定出光纤线路的应变位置信息。其中，本技术采用的无人机配置有热传感器和定位系统。定位系统可以是全球定位系统(global positioning system，gps)，还可以是其他定位系统。
[0076]
本实施例提供的技术方案，先获取光纤线路中背向散射光的布里渊谱、振幅和往返程时间；再根据背向散射光的布里渊谱确定背向散射光的光功率，根据背向散射光的振幅和往返程时间确定背向散射光的基础功率；然后根据背向散射光的光功率和基础功率，确定背向散射光的干涉功率；然后基于干涉功率计算光纤线路的折射率变化值；通过对光纤线路进行标记识别，生成光纤线路的地理信息；最后根据折射率变化值和光纤线路的地理信息，确定光纤线路的应变位置信息。本技术通过背向散射光的干涉功率，确定光纤线路的折射率变化值；再通过折射率变化值计算光纤线路的长度；最后将光纤线路的长度和光纤线路的地理信息相结合，便可确定光纤线路的应变位置信息，解决了现有技术中对光纤线路的应变情况不能精确定位的问题，本技术可以满足对光纤线路的应变情况进行精确定位的需求。
[0077]
实施例三
[0078]
图3为本技术实施例提供的光纤线路的应变定位装置的结构示意图，如图3所示，该装置300可以包括：
[0079]
功率确定模块310，用于根据背向散射光的光功率和基础功率，确定所述背向散射光的干涉功率。
[0080]
折射率确定模块320，用于基于所述干涉功率计算光纤线路的折射率变化值。
[0081]
应变定位模块330，用于根据所述折射率变化值和所述光纤线路的地理信息，确定所述光纤线路的应变位置信息。
[0082]
进一步的，上述应变定位模块330，具体用于：根据所述折射率变化值计算所述光纤线路的长度；根据所述长度和所述光纤线路的地理信息，确定所述光纤线路的应变位置信息。
[0083]
进一步的，上述光纤线路的应变定位装置，还可以包括：功率计算模块；
[0084]
所述功率计算模块，用于在根据背向散射光的光功率和基础功率，确定所述背向散射光的干涉功率之前，获取所述光纤线路中背向散射光的布里渊谱、振幅和往返程时间；根据所述背向散射光的布里渊谱，确定所述背向散射光的光功率；根据所述背向散射光的振幅和往返程时间，确定所述背向散射光的基础功率。
[0085]
进一步的，上述光纤线路的应变定位装置，还可以包括：信息确定模块；
[0086]
所述信息确定模块，用于在根据所述折射率变化值和所述光纤线路的地理信息，确定所述光纤线路的应变位置信息之前，通过对所述光纤线路进行标记识别，生成所述光纤线路的地理信息。
[0087]
可选的，通过如下公式对所述干涉功率进行处理，得到所述光纤线路的折射率变化值：
[0088][0089]
其中，p为所述背向散射光的干涉功率；t为时间；n为散射点的数量，所述背向散射光包含至少两个散射点；为第i个和第j个散射点之间的相位差；a
i
和a
j
分别为第i个散射点和第j个散射点的振幅；α为所述光纤线路的衰减系数；c为光速；τ
i
和τ
j
分别为第i个散射点和第j个散射点返回至注入端的往返程时间；n
′
f
为所述光纤线路的折射率变化值；w为散射点的脉冲宽度。
[0090]
可选的，通过如下公式对所述折射率变化值进行处理，得到所述光纤线路的长度：
[0091][0092]
其中，l为所述光纤线路的长度；t为所述背向散射光返回至注入端的往返程时间；c为光速；n
f
为所述光纤线路的折射率变化值。
[0093]
可选的，所述光纤线路中的光源为窄带脉冲光源。
[0094]
本实施例提供的光纤线路的应变定位装置可适用于上述任意实施例提供的光纤线路的应变定位方法，具备相应的功能和有益效果。
[0095]
实施例四
[0096]
图4是用来实现本技术实施例的光纤线路的应变定位方法的电子设备的框图，图4示出了适于用来实现本技术实施例实施方式的示例性电子设备的框图。图4显示的电子设备仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。该电子设备典型可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、车载终端以及可穿戴设备等。
[0097]
如图4所示，电子设备400以通用计算设备的形式表现。电子设备400的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元416，存储器428，连接不同系统组件(包括存储器428和处理单元416)的总线418。
[0098]
总线418表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，
外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
[0099]
电子设备400典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备400访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
[0100]
存储器428可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)430和/或高速缓存存储器432。电子设备400可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统434可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd
‑
rom,dvd
‑
rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线418相连。存储器428可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本技术实施例各实施例的功能。
[0101]
具有一组(至少一个)程序模块442的程序/实用工具440，可以存储在例如存储器428中，这样的程序模块442包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块442通常执行本技术实施例所描述的实施例中的功能和/或方法。
[0102]
电子设备400也可以与一个或多个外部设备414(例如键盘、指向设备、显示器424等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备400交互的设备通信，和/或与使得该电子设备400能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口422进行。并且，电子设备400还可以通过网络适配器420与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图4所示，网络适配器420通过总线418与电子设备400的其它模块通信。应当明白，尽管图4中未示出，可以结合电子设备400使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0103]
处理单元416通过运行存储在存储器428中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本技术任一实施例所提供的光纤线路的应变定位方法。
[0104]
实施例五
[0105]
本技术实施例五还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序(或称为计算机可执行指令)，该程序被处理器执行时可以用于执行本技术上述任一实施例所提供的光纤线路的应变定位方法。
[0106]
本技术实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0107]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0108]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0109]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术实施例操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0110]
注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术实施例进行了较为详细的说明，但是本技术实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。