[发明专利]一种用于分布式光纤测温系统的参数标定及自动校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤温度传感系统，属于光纤温度传感技术领域，特别涉及一种用于分布式光纤测温系统的参数标定及自动校准方法，其为分布式传感中的标定方法以及长时间使用时的校准方法。

背景技术

光纤温度传感器是测温技术中的新技术，也是工业中应用最多的传感器之一。分布式光纤温度传感器的出现，使获得单位信息量的成本大大降低，这对以电信号为基础的温度传感器和点式光纤光栅温度传感器无疑是一场革命。分布式光纤温度传感技术，就是利用光纤测量沿光纤走向几十公里连续空间的温度场分布情况，为强电磁场、高压大电流、易燃易爆、复杂几何空间等恶劣环境的温度场测量与控制，提供了可行的新手段。因此，分布式光纤温度传感器以其自身的特点受到了广泛的重视，研究分布式光纤温度传感系统具有重要的理论意义与应用价值。光纤分布式温度监测（DTS，Distributed Temperature Sensing），也称为分布式光纤测温，依据光时域反射（OTDR）原理和拉曼（Raman）散射效应对温度的敏感从而实现温度监测，全系统采用光纤作为敏感信息传感和信号传输的载体，具有连续测温、分布式测温、实时测温、抗电磁干扰、本征安全、远程监控、高灵敏度、安装简便、长寿命等特点，广泛应用于管道、隧道、电缆、石油石化、煤矿等行业。

在分布式光纤温度器的使用中，参数的标定是一个很重要的步骤，现在通用的方法是在使用前对光纤参数进行一次性标定，而且标定时忽略双通道不等衰减对温度解调的影响。但是由于个别参数的会随着系统光电特性改变，DTS长时间工作会导致测量误差逐渐扩大，这是就需要对参数进行校正。

传统的校正方法实际上是重新标定所有参数，由于使用中的光纤已经铺设到了工程现场，再次标定的难度较大，可行性低且准确性差。所以有必要对现有方法进行改进，使用一种新的标定和自校准的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于分布式光纤测温系统的参数标定及自动校准方法，克服已有的技术局限，通过使用两个或三个恒温槽，使得参数标定的过程简单化、直观化。只需要用铂电阻温度传感器监测参考光纤的温度，就能在不影响系统工作的前提下对参数进行自动校准，使得DTS在长时间运行时保持良好的性能和准确度。

本发明为了达到上述目的采用的技术方案为：一种用于分布式光纤测温系统的参数标定方法，所述参数标定方法将拉曼测温的解调公式进行了简化，得到下式：

T=βln[R(T,z)]-Q-α×z]]>

提取了三个参数α、β、Q来概括分布式光纤测温系统特性，其中α代表斯托克斯光和反斯托克斯光的不等衰减特性，β代表散射光功率之比对温度的敏感系数，Q代表斯托克斯光和反斯托克斯光在DTS中的光电特性的不一致，z为测温点的位置，R(T,z)为某一测温点对应的斯托克斯光与反斯托克斯光强之比；从而所述参数标定方法把分布式光纤测温系统特性简化为三个参数α、β、Q，其中参数α和β是光纤的固有性质，基本不随脉冲激光功率和光电探测器放大倍数的变化而变化，参数Q对DTS系统的光电特性变化比较敏感，需要在使用过程中校准，标定出这三个参数之后，便能够根据拉曼测温的解调公式解调出温度与散射光功率之比的关系，所述的参数标定方法需要二或三个恒温槽标定参数α、β、Q；

具体的，参数标定方法分为两种：1、使用两个恒温槽，两个恒温槽间距需要足够大，标定时一个恒温槽温度不变，另一个恒温槽需要分别保持两个温度；2、使用三个恒温槽，其中的两个恒温槽间距需要足够大，且至少有一个恒温槽与其它两个温度不同。

优选的，用于参数标定的光纤长度必须大于测温系统的空间分辨率。

优选的，通过实验验证，将参数α、β、Q按照稳定性分为两类：参数α和β是光纤的固有性质，稳定性好；参数Q对DTS系统的光电特性变化比较敏感，稳定性差。