[发明专利]基于反斯托克斯光自解调的高精度光纤拉曼温度检测方法

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，公开了一种基于反斯托克斯光自解调的高精度光纤拉曼温度检测方法；包括以下步骤：S1、搭建装置；S2、定标测量阶段：采集得到参考光纤环中各点和传感光纤任意位置的反斯托克斯光的后向拉曼散射光的光强；S3、标定测量阶段：分别采集位于不同位置处的校准光纤环的反斯托克斯光的后向拉曼散射光的光强；进行计算和线性拟合，得到传感光纤中的温度灵敏因子的全部函数值；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的后向拉曼散射光的光强；S5、计算得到传感光纤沿线的全部温度信息。本发明有效解决了分布式光纤拉曼传感系统测温精度较低的问题，可以广泛应用于分布式光纤传感领域。

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，具体是一种基于反斯托克斯光自解调的高精度光纤拉曼温度检测方法。

背景技术

分布式光纤拉曼测温系统主要依靠采集脉冲光在光纤中传输时产生的携带温度信息的背向拉曼散射光来解调光纤沿线的温度信息，再根据光时域反射技术进行定位，从而得到沿光纤分布任意位置的温度信息。分布式拉曼测温系统用来解调温度信息的背向拉曼散射光在石英光纤中具有十分明显的温敏效应，并且不易发生非线性效应，因此被广泛应用于电力、交通、消防、石油化工和航空航天等重要领域。

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。在各项生产实践领域中，温度都是一个需要参考的重要指标，而对于温度准确地测量和实时地监控在科研实验和工业生产上都具有重要的意义。因此，提高系统的测温精度尤为重要。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反斯托克斯后向散射光(anti-Stokes)作为信号通道，然后利用anti-Stokes的光强信息来解调光纤沿线的温度信息。但是光纤中的anti-Stokes散射信号非常微弱，散射信息基本完全淹没在噪声中，使得温度精度低于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，其无法突破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反斯托克斯光的高精度拉曼温度自解调方法，在其拉曼散射信号中引入温度灵敏因子，补偿自发拉曼散射信号强度，以此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：一种基于反斯托克斯光自解调的高精度光纤拉曼温度检测方法，包括以下步骤：

S1、将脉冲激光器的输出端与环形器的第一端口连接；环形器的第二端口和第三端口分别与传感光纤和信号采集装置的输入端连接；

S2、定标测量阶段：选取传感光纤的前面位置为L_c处设置参考光纤环，设定参考光纤环的温度为T_c0，通过信号采集装置采集得到参考光纤环中各点的反斯托克斯光的后向拉曼散射光的光强φ_ac0；同时，将整条传感光纤的温度设置为T₀，通过信号采集装置采集得到传感光纤任意位置(L)的反斯托克斯光的后向拉曼散射光的光强φ_α0；