[发明专利]一种分布式光纤拉曼测温系统

权利要求书

1.一种分布式光纤拉曼测温系统，包括脉冲激光器，波分复用器，传感光纤和双通道雪崩光电二极管；全光纤激光器发出脉冲激光，通过波分复用器后进入到待测传感光纤，脉冲激光在光纤内传播过程中不断产生背向散射，背向散射光返回到波分复用器，经波分复用器滤波后，将斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光分别滤出并进入双通道雪崩光电二极管进行光电转换；其特征在于，该系统还包括DSP数字信号处理器，双通道雪崩光电二极管输出的电信号经过DSP数字信号处理器处理后得到温度信号。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，DSP数字信号处理器对双通道雪崩光电二极管输出的电信号的处理包括累加处理、解调处理和小波去噪处理。

3.根据权利要求2所述的分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，DSP数字信号处理器对雪崩光电二极管输出的信号的处理过程包括：

累加处理，采集雪崩光电二极管输出的两通道的信号，并对同一测量点、相同参数的多次重复探测数据进行累加平均运算；

解调处理，根据拉曼散射光强与外界环境温度之间的关系，对累加平均过的两组数据进行温度解调运算；

小波去噪处理，对处理后的数据进行小波分解和阈值去噪运算，得到去噪后的温度数据。

4.根据权利要求3所述的分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，所述的解调处理中，对累加平均过的两组数据进行温度解调运算是通过累加处理后得到的反斯托克斯拉曼散射信号和斯托克斯拉曼散射信号强度比值计算解调出沿光纤上的温度分布。

5.根据权利要求4所述的分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，计算解调出沿光纤上的温度分布采用以下公式：

R(T,L)=Ias/Is=(Kas/Ks)(Vas/Vs)exp(-hΔv/kT)exp[-(αas-αs)L]

式中，Ias，Is分别为反斯托克斯拉曼散射信号和斯托克斯拉曼散射信号光强；Kas、Ks分别为与光纤斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射截面有关的系数；Vs为斯托克斯拉曼光子频率；Vas为反斯托克斯拉曼光子的频率；αs、αas分别为斯托克斯光和反斯托克斯光在光纤中的光损耗系数；L表示光纤中的位置，T表示相应位置的温度；在给定光纤及入纤波长情况下，(Kas/Ks)(Vas/Vs)、(-hΔv/k)、(αas-αs)均可通过测量或者拟合的方式事先确定，只要测量到两束光强的比值Ias/Is，便可计算出对应位置的温度值T，实现解调。

6.根据权利要求3所述的，分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，所述的小波去噪处理中，小波分解包括：

选取小波基函数，根据小波基函数，计算出对应的滤波器数组h0、h1、h2、h3，并将这四个滤波器载入DSP，其中h0为尺度函数滤波器，h1为小波函数滤波器，h2为尺度函数重构滤波器，h3为小波函数重构滤波器；

利用h0和h1分别对解调的温度数据进行卷积运算，得到原始信号不同层次的尺度系数和小波系数。

7.根据权利要求6所述的，分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，所述的小波去噪处理中，阈值去噪运算包括：

应用sqtwolog阈值公式计算所有层次的阈值，其中σ为信号的标准差，n为小波系数的个数总和；

将每层中小于阈值的小波系数置为0，得到去噪后的小波系数；

利用h2和h3两个对应的重构滤波器对经过阈值处理后的小波系数和尺度系数进行重构，得到去噪后的温度结果。

8.根据权利要求1所述的分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于，所述的脉冲激光器为全光纤脉冲激光器；所述的传感光纤为高拉曼散射效应多模光纤。