[发明专利]拉曼光时域反射计中光纤沿线温度的解调方法

说明书

本发明公开了一种拉曼光时域反射计中光纤沿线温度的解调方法，通过获取不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比，根据不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比拟合得到不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比曲线，确定转换参考温度的比例系数，利用特定参考温度及其拉曼强度比，将待测段强度比及比例系数代入特定解调公式，结合标定公式计算待测光纤的温度，所获得的待测光纤温度具有较高的准确性；其中利用参考光纤的数据计算，提高了测量结果的准确性与稳定性，且参考光纤处不需要恒温，降低系统成本，提高系统的适用范围。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种拉曼光时域反射计中光纤沿线温度的解调方法。

背景技术

分布式光纤传感技术是伴随着光纤与光通信技术的发展而出现的一种传感技术，而ROTDR即拉曼光时域反射计是使用拉曼(Raman)散射效应和光时域反射计(OTDR)两种技术相结合来进行温度测量的技术。

拉曼散射又称拉曼效应，指的是入射光与传播介质发生相互作用从而引起光频率发生变化的现象。拉曼散射用于分布式光纤传感的原理是激光射入到光纤后，激光与光纤介质的分子、原子发生非弹性散射，导致入射光子放出或吸收与介质分子、原子振动相关的高频声子，前者被称为斯托克斯(Stokes)光子，后者被称为反斯托克斯(Anti.Stokes)光子。在ROTDR中，反斯托克斯光相比斯托克斯光对温度变化更敏感，一般而言，温度与拉曼散射强度比，即反斯托克斯光除以斯托克斯光强度得到的比值呈线性关系，以一个固定温度T0作为参考，从而得到温度定标曲线，再测得在不同温度下的反斯托克斯光和斯托克斯光信号的强度，得到该温度下拉曼强度比，最后通过温度定标曲线计算得到实际温度。

但是在实际环境的应用中，由于激光在光纤中传播时会发生衰减、损耗，造成了直接使用温度定标曲线来对采集到的拉曼强度比进行解调从而得到的温度计算结果并不准确。因此，通常会先使用温度定标曲线，再利用一个经验公式得到实际温度。然而，经验公式通常只适用于某一个参考温度，一旦参考光纤处的温度发生改变，利用经验公式及温度定标曲线得到的结果就会出现误差。为解决这些问题，现有的方案是将参考光纤放入恒温盒中，通过保持参考光纤处温度恒定来保证解调结果的准确，该方法虽然有效，但添加恒温盒等设备使得系统体积大、功耗高、结构复杂，限制了ROTDR的使用范围。且相同参考及待测温度下测得的信号受激光器、采集卡、光纤缠绕等问题，也会发生变化。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种拉曼光时域反射计中光纤沿线温度的解调方法，其在拉曼光时域反射计中设定标准参考温度及设置参考光纤，并利用参考段温度-拉曼强度比曲线及该位置温度求出参考温度转换系数，结合温度标定曲线，解调光纤沿线温度分布，来解决因光衰减、器件不稳定等原因导致的不同参考温度下，解调温度结果出现偏差的问题，提高了光时域反射计系统的准确性与稳定性。

为实现本发明的目的，提供一种拉曼光时域反射计中光纤沿线温度的解调方法，包括如下步骤：

S10，将光纤中的某一段设置为参考光纤，在该段安装温度计，将其余光纤设定为待测段；

S20，将参考光纤置于特定参考温度的恒温箱中，将待测光纤放入另一恒温箱中，调整待测段恒温箱的温度，得到不同待测温度下这两段的反斯托克斯与斯托克斯光强度比；

S30，调整参考光纤处恒温箱的温度，得到不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比；

S50，根据不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比拟合得到不同参考温度下参考光纤的反斯托克斯与斯托克斯光强度比曲线；

S70，根据参考光纤处的温度计结果、光信号强度比以及反斯托克斯与斯托克斯光强度比，确定转换参考温度的比例系数；

S80，利用特定参考温度及其拉曼强度比，将待测段强度比及比例系数代入特定解调公式，结合标定公式计算待测光纤的温度。