[发明专利]基于分布式光纤拉曼传感系统的双路高精度温度解调方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感系统中的温度解调领域，公开了一种基于分布式光纤拉曼传感系统的双路高精度温度解调方法，包括以下步骤：S1、连接装置；S2、定标测量阶段：分别采集参考光纤环中各点和传感光纤任意位置L处的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比；S3、标定测量阶段：分别采集校准光纤环位于不同位置时传感光纤的后向反斯托克斯和斯托克斯光的光强比值，进行计算和线性拟合得到传感光纤温度敏感因子随距离的全部函数值；S4、测量阶段：采集参考光纤环中各点和传感光纤中各个位置的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比；S6、计算得到传感光纤沿线的全部温度信息。本发明有效解决了现有技术中测温精度低的问题，可以广泛应用于分布式光纤传感系统中。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感系统中的温度解调领域，具体涉及一种基于斯托克斯光解调反斯托克斯光的高精度拉曼温度解调方法。

背景技术

分布式光纤拉曼测温系统具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、灵敏度高、可靠性好、使用寿命长、低成本以及和普通光纤良好兼容的等优点，其测温原理是基于光纤的自发拉曼散射和光时域反射定位技术。系统将高功率、窄脉宽的脉冲光波注入到多模传感光纤中，同时记录反射回来的自发后向拉曼散射光强，再通过采集卡和计算机来解调实现对光纤沿线各个位置温度的计算。

在分布式光纤拉曼测温系统中，测温精度是系统性能的重要参数之一。目前分布式光纤拉曼传感器的测温精度基本维持在±10℃，但是随着科学技术的发展，一些工业监控领域对光纤传感系统的测温精度提出了更高方面的要求，例如石化反应堆、智能电网、隧道渗水的温度监测领域，要求测温精度需达到±0.1℃。在分布式光纤拉曼测温系统中，温度解调方法是实现光纤沿线温度高精度在线监测的关键技术。目前常用的温度解调方法是利用斯托克斯后向散射光(斯托克斯)作为参考通道，利用反斯托克斯后向散射光(反斯托克斯)作为信号通道，然后利用这两种后向散射光的光强比值来解调光纤沿线的温度信息。但是光纤中的斯托克斯和反斯托克斯散射信号非常微弱，散射信息基本完全淹没在噪声中。当系统的测温精度低于1℃时，在火灾监测领域会造成火灾误报或漏报的事件，降低了分布式光纤火灾预警系统的可靠性。但是，光纤中拉曼散射光的强度相比于瑞利散射光要弱30dB左右。这种现象导致现有分布式光纤拉曼传感系统的测温精度低于1℃。近年来，编码脉冲调制，小波变换模极大值，瑞利噪声抑制和色散补偿法已被证明可以提高拉曼测温仪的测温精度。但是，据我们所知，目前远程分布式光纤拉曼传感系统的温度精度还无法优于1℃。这是因为不同位置处传感光纤的温度敏感性是不同的，而传统的温度解调方法并未考虑到传感光纤温敏性的影响，最终导致其系统测温精度较低。

基于此，有必要发明一种全新的温度解调方法，以解决分布式光纤拉曼传感系统测温精度较低的难题。

发明内容

为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统测温精度较低，其无法突变1℃的技术瓶颈而导致其应用受限的问题，本发明提出了一种基于分布式光纤拉曼传感系统的双路高精度温度解调方法，通过引入光纤温度灵敏因子，重新校准传感光纤中的拉曼散射信号光强，以提高其自发拉曼散射的温度灵敏度来优化系统的温度精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于分布式光纤拉曼传感系统的双路高精度温度解调方法，包括以下步骤：

S1、使脉冲激光器的输出光经环形器的第一端口和第二端口输出至传感光纤中，并将信号采集装置与环形器的第三端口连接；

S2、定标测量阶段：在传感器光纤的前端位置为L_c处设置参考光纤环，设置参考光纤环的温度为T_c0，通过信号采集装置采集参考光纤环中各点的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比然后将整条传感光纤的温度设置为T₀，通过信号采集装置采集传感光纤任意位置L处的反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比