[发明专利]基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法

权利要求书

1.一种基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建测量装置：使脉冲激光器（1）发出的激光脉冲经环形器（2）的第一端口、第二端口与光开关（3）的输入端连接，光开关（3）的两个输出端与传感光纤（5）的两端连接，同时将信号采集装置与环形器（2）的第三端口连接；

S2、定标测量阶段：切换光开关（3），通过信号采集装置分别采集定标阶段的前向反斯托克斯光和前向斯托克斯光的光强比值，以及和后向反斯托克斯光和后向斯托克斯光的光强比值；式中，分别为定标阶段传感光纤中各处后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的散射光强，、为定标阶段传感光纤中各处前向反斯托克斯和前向斯托克斯光的散射光强；

S3、标定测量阶段：在传感光纤（5）的多个位置处分别选取长度一段光纤作为校准光纤环，并使这几个位置处校准光纤环的温度保持为T₁不变，分别采集位于这几个位置处的校准光纤环中的后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的光强比值，其中， 分别表示标定测量时校准光纤环中的后向反斯托克斯光和后向斯托克斯光的散射光强；然后计算得到各个校准光纤中各个位置处的传感光纤温度敏感因子M的值，并进行线性拟合，得到得到传感光纤温度敏感因子M（L）随距离L的全部函数值；计算得到各个校准光纤中各个位置处的传感光纤温度敏感因子M的值的公式为：

；

S4、测量阶段：采集在传感光纤（5）各点的在所有位置处的后向反斯托克斯光与后向斯托克斯光的光强比值以及前向反斯托克斯光与前向斯托克斯光的光强比值；、分别为测量阶段得到的传感光纤中各个位置的后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的散射光强，、分别为测量阶段得到的传感光纤中各个位置的前向反斯托克斯和前向斯托克斯光的散射光强；

S5、根据上述测量结果，根据解调公式计算得到传感光纤沿线的全部温度信息T，所述解调公式为：

；

式中，；；h、k分别为普朗克常数和玻尔兹曼常数，为传感光纤的拉曼频移量，L为传感光纤中的位置，l为光纤长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法，其特征在于，所述步骤S3中，分别在整条传感光纤中的1 km、3 km、5 km、7 km、10 km的五个位置处，选取长度为10m的光纤环作为校准光纤环进行标定测量。

3.根据权利要求1所述的一种基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法，其特征在于，所述信号采集装置包括滤波器（6）、第一雪崩光电探测器（7），第二雪崩光电探测器（8）、数据采集卡（11）、计算机（12）和传感光纤（5）；其中，所述滤波器（6）的输入端与所述环形器（2）的第三端口连接， 滤波器（6）的输出的反斯托克斯和斯托克斯光信号分别被第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）接收；第一雪崩光电探测器（7）的输出端和第二雪崩光电探测器（8）的电信号输出端与数据采集卡（11）的输入端连接；数据采集卡（11）的输出端与计算机（12）的输入端连接，所述数据采集卡（11）用于对电信号进行数据采集后输出到所述计算机（12），所述计算机（12）用于根据采集得到的前向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比值及后向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比值，计算得到温度测量值。

4.根据权利要求3所述的一种基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法，其特征在于，所述信号采集装置还包括第一放大器（9）和第二放大器（10），所述第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）的输出信号分别经所述第一放大器（9）和第二放大器（10）后输入所述数据采集卡（11）。

5.根据权利要求3所述的一种基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法，其特征在于，所述脉冲激光器（1）的波长为1550nm、脉宽为10ns、重复频率为8KHz；所述第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）的带宽为100MHz、光谱响应范围为900~1700nm；所述滤波器（6）的工作波长为1450nm/1660nm；所述数据采集卡（11）的通道数为4，采样率为100M/s，带宽为100 MHz，所述传感光纤（5）为折射率渐变的多模光纤。