[发明专利]一种基于拉曼后向散射的光纤位移传感方法

说明书

本发明基于拉曼后向散射原理实现一种光纤位移传感系统和传感方法。具体技术方案为：1）采集卡将探测器输出的模拟信号转换成数字信号，然后对拉曼后向散射曲线进行累加平均和横向滑动平均处理，以降低噪声信号；2）利用Stockes和Anti‑stockes后向散射信号计算温度值，并利用计算出的温度数据对Stocks后向散射信号进行功率修正；3）计算Stockes后向散射信号的损耗值，并提取同一位置多条Stockes信号的位移损耗值；4）将多条Stockes信号同一位置的损耗数据绘成曲线，并对曲线进行非线性拟合，获得曲线的拟合参数；5）利用曲线拟合参数对采集到的位移损耗数据进行拟合，计算获得光纤的位移值。

技术领域

本发明涉及分布式光纤位移传感方法，尤其涉及一种基于拉曼后向散射的光纤位移传感系统的信号处理方法。

背景技术

分布式光纤传感器由于其结构简单，探测距离长，不受电磁干扰等特点，已成为近年来国内外的研究热点。分布式光纤传感系统主要用于交通、建筑、电力、煤矿、石化等行业，其作用是实时测量这些重要的场所的各种参数。它对于保证工业系统设备正常运行，保障生命和财产的安全起着重要的作用。目前,分布式光纤传感技术主要有:分布式光纤温度传感技术、分布式光纤振动传感技术、分布式应力应变传感技术等。

分布式光纤温度传感系统结构如图1所示，激光器发出脉冲宽为5ns的脉冲光信号，中心波长为1550nm， 功率为5W。脉冲光信号通过波分复用模块注入到传感光纤中，并沿传感传输产生后向散射光谱信号。后向散射光谱主要包括拉曼后向散射光谱、瑞利后向散射光谱和布里渊后向散射光谱。其中拉曼后向散射光谱包括Stocks和Anti-stocks两种光谱，经过波分复用器输入到探测器中。探测器将光信号转成电信号，再输入到采集卡中被采集卡转换成数字信号，最后进入数据处理系统中对数据进行处理和分析获得光纤沿线温度数据。

上述分布式光纤温度传感系统通过拉曼后向散射光信号实现了光纤温度测量，但实际应用中往往需要同时实现多个参数测量。如果采用多个传感系统来测量多个参数，必然会增加应用成本，且系统变得复杂，系统发生故障概率也会增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于拉曼后向散射原理，利用拉曼光谱中的Stocks后向散射光实现一种光纤位移传感系统和传感方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为。

步骤1：采集卡将探测器输出的模拟信号转换成数字信号，然后对拉曼后向散射曲线进行累加平均和横向滑动平均处理，以降低噪声信号。

步骤2：利用Stocks和Anti-stocks后向散射信号计算温度值，并利用计算出的温度数据对Stocks后向散射信号进行功率修正。

步骤3：计算Stocks后向散射信号的损耗值，并提取同一位置多条Stocks信号的位移损耗值。

步骤4：将多条Stocks信号同一位置的损耗数据绘成曲线，并对曲线进行非线性拟合，获得曲线的拟合参数。

步骤5：利用曲线拟合参数对采集到的位移损耗数据进行拟合，计算获得光纤的位移值。