[發明專利]分布式光纖溫度傳感器系統的動態標定方法

有效

• 申請號: 201010622641.2
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102095524A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 王巍;楊瀟君;王學鋒;藍天;李小彥;于國瑞
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種分布式光纖溫度傳感器系統的標定方法。

背景技術

分布式光纖溫度傳感器是先進的溫度傳感器，利用拉曼散射效應和OTDR技術實現對敏感光纖所處溫度場的分布式測量，具有靈敏度高、抗電磁干擾、本質安全、重量輕、壽命長、可靠性高等優點，可以廣泛應用于電力電纜、地鐵隧道、煤礦巷道、石油儲罐、大型建筑結構的溫度監控和火災報警。傳統的溫度傳感器工作方式通常都是點式的，只能測試一小部分區域的溫度狀態。在某些工程應用環境中，傳統溫度傳感器的定量、定位、可重復使用性等方面有著嚴重的缺陷，且測量方案往往復雜不可靠、不經濟。分布式光纖溫度傳感系統以一條光纜同時作為測量和傳輸介質，能夠提供連續、不間斷的測溫，傳感介質本身不帶電，安全、可靠、抗干擾。

分布式光纖溫度傳感器系統包括測量主機和感溫光纖，測量主機又包括光源、波分復用系統和光電接收、放大模塊，其中光電接收、放大模塊統稱為分布式光纖溫度傳感器的探測系統。

雖然拉曼型分布式光纖溫度傳感器已相對成熟，國內外眾多研究單位和公司也推出了自己的研究成果和產品，但仍然存在著一些不完善的地方，標準溫度的穩定性便是其中一個重要問題。拉曼型分布式光纖溫度傳感器技術擁有相當成熟的基礎理論，即光纖內部非彈性散射效應中的拉曼散射效應：光子在光纖中被SiO₂分子吸收，躍遷到一個不穩定的虛擬激發態，接著向回躍遷發射出一個與入射光頻率不同的光子，這個光子頻率可能大于入射光頻率，也可能小于入射光頻率，頻率高的即為反斯托克斯光，頻率低的即為斯托克斯光。由于激發態分子數目服從波爾茲曼分布，因此拉曼效應能夠體現溫度信息，而反斯托克斯對溫度更敏感，故將其作為攜帶溫度信息的測量信號。按照拉曼散射測溫理論中的標準公式推導溫度解調公式并不困難，但由于實際中存在諸多影響因素，除了光纖損耗的色散特性、探測系統本身不穩定，還有更換傳感光纖等外部因素的影響，使得理論推導出的公式并不能直接應用，需要修正和標定。傳統的一次標定并不能保證在以后的使用過程中不出現偏差，如果溫度基準出現了偏差，那么再高的信噪比，再高的溫度精度也失去了應有的意義。因此如何能夠準確的進行系統標定對溫度精度起著至關重要的作用。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出了一種分布式光纖溫度傳感器系統的動態標定方法，針對分布式光纖溫度傳感器中衰減值的差異以及環境因素導致的基準溫度不標準問題進行動態標定，實時修正溫度基準值以提高溫度測量精度。

本發明的技術解決方案是：分布式光纖溫度傳感器系統的動態標定方法，步驟如下：

(1)在無光狀態下，讀取分布式光纖溫度傳感器系統中探測系統輸出的反斯托克斯信號電壓值Δ_as和斯托克斯信號電壓值Δ_s作為探測系統的測量偏差；

(2)繞制一個標準光纖環并將其置于恒溫環境下，測量反斯托克斯信號和斯托克斯信號在標準光纖環處的電壓平均值(I_as)₀和(I_s)₀，并以此組電壓值作為探測系統同一溫度、同一放大倍數條件下的標準信號電壓，據此得到分布式光纖溫度傳感器系統各測量點的反斯托克斯信號電壓值I_as和斯托克斯信號電壓值I_s，式中(I_as)₀′和(I_s)₀′為再次測量時標準光纖環處的反斯托克斯信號電壓值和斯托克斯信號電壓值，(I_as)′和(I_s)′為再次測量時分布式光纖溫度傳感器系統各測量點所測得的反斯托克斯信號電壓值和斯托克斯信號電壓值，式中的電壓值均扣除步驟(1)得到的探測系統測量偏差；

(3)根據拉曼測溫理論得到待測溫度T的計算公式式中C為常數，h為普朗克常數，Δv為拉曼頻移，k為波爾茲曼常數；

(4)利用一次直線對步驟(3)的計算公式進行擬合，實現動態標定，從而實時計算出測點處待測溫度的準確值。