[發明專利]用于分布式光纖溫度傳感系統中數據校準的方法及裝置

有效

• 申請號: 201010122046.2
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101794506A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 李健威;張成先
• 申請（專利權）人: 上海波匯通信科技有限公司
• 主分類號: G08C23/06
• 分類號: G08C23/06;G01K1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 周濤

技術領域

本發明涉及分布式光纖溫度傳感系統，特別是對分布式光纖溫度傳 感系統中的數據進行校準的方法和裝置。

背景技術

在工業及日常生活中，經常會有許多場合需要探測長距離沿線每點 的溫度，比如長距離的電纜溫度監控或油氣管道監控等。在類似的應用 下，基于光纖喇曼散射的分布式溫度傳感系統(Distributed?Temperature Sensor，簡稱DTS)是最佳的選擇。

在DTS中，一個或一系列激光脈沖入射進光纖內，此激光脈沖在光 纖內傳播過過程中，在光纖沿線的每一點都會產生喇曼散射現象。產生 的喇曼散射光中，有一部分沿激光脈沖前進的方向傳播，被稱為前向散 射光；有一部分被光纖重新捕獲并沿激光傳播相反的方向返回，此部分 喇曼散射光被稱為背向散射光。在散射光中，光波長大于入射激光脈沖 波長的成分被稱為斯托克斯光(Stokes，S)；波長小于入射激光脈沖波長 的成分被稱為反斯托克斯光(Anti-Stokes，AS)。這兩種信號即喇曼斯托 克斯和喇曼反斯托克斯是對當前散射產生點的溫度敏感的。因此可以通 過探測這兩個信號的大小計算出當前點的溫度數據，并且通過計算背向 散射信號與入射光脈沖之間的時間差，就可以通過背向散射信號在光纖 中傳播的速度推算出此溫度數據是對應于光纖中的哪一點。

由于石英光纖中光波的折射率隨波長的變化而變化，從而引起不同 波長光波的相速度不同。斯托克斯S光波的波長比反斯托克斯AS光波的 波長較大，其折射率較小，從而其相速度比AS較大。如果沒有對兩種信 號相速度的差異進行補償或者成為校準的話，同一個位置的AS信號返回 探測器的時間要較S信號晚，隨著光纖長度的增加，S和AS信號的不一 致現象會更加嚴重，這樣會造成系統定位精度的降低。

通常對于這種現象是通過對時域上采樣點間隔設定為不同采樣長度 進行補償或者校準的。在這種校準的機制或者系統中，一般是通過光纖 尾端光信號的跳變衰減進行S信號和AS信號的對齊從而實現這兩個信號 相速度不一致的補償。

但在實際的應用中，經常會有一些現象導致上述機制無法有效正常 工作。其中一種現象就是光線尾端的反射，在光纖尾端如果沒有特殊處 理或者處理不好會導致比較大的反射脈沖峰，通常這樣一個脈沖會比較 寬以至于無法分辨光纖真正的尾端位置，從而對影響S和AS信號的對齊。 另外，如果探測的距離小于光纖本身的長度的話，光纖尾端是不可見的， 在這種情況下也無法通過上述方法進行原始信號數據的校準。如果實際 光纖比較長的話，由于光信號在光纖中的衰減，在光纖尾端的信號比較 小，甚至于同光纖外部沒有散射信號的情況相比都沒有比較明顯的差別， 在這種情況下，無法判斷真正的尾端位置，也無法對S和AS信號進行對 齊校準。

在一些場合需要DTS的雙端測量，雙端測量同傳統單端測量的不同是 他將探測光纖的兩端都連接到DTS上，從探測光纖的兩端都獲取分布式 溫度數據，然后通過特定的算法，將在兩端獲得的溫度數據集成為一條 分布式溫度數據。在雙端測量的時候長度校準也是非常必要的，如果缺 少了精確的長度校準，分布式溫度數據會在位置定位及溫度數據兩個維 度都存在誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中方法的不足，提供一種對分 布式光纖溫度傳感系統中的數據進行校準的方法和裝置，其用于自動和/ 或精確對齊和校準DTS系統原始數據的方法和設備。本發明的基于原始 數據上標記的方法和裝置可以提供更精確的校準及配置結果，可以提高 DTS系統的定位精度及空間分辨率，并且提高系統的整體性能。

為了達到上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種用于分布式光纖測溫系統原始數據校準的方法，其特征在于， 該方法利用DTS自身或附加的激光器所來產生一種校準用光脈沖，此校 準用光脈沖被分布式光纖測溫系統接收后，在其原始數據上疊加一種可 以用于DTS精確定位的定位脈沖，通過對原始數據中斯托克斯和反斯托 克斯信號上的定位脈沖進行對齊操作，以對DTS原始數據進行長度校準。

在本發明中，所述的校準用光脈沖為DTS自身或另一附加的激光器 產生的激光脈沖和/或在光纖中產生的喇曼散射成分。