[發明專利]基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法

有效

• 申請號: 201911156959.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN111006787B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張明江;周新新;李健;張建忠;閆寶強;許揚;余濤;于福浩
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

1.一種基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、搭建測量裝置：使脈沖激光器（1）發出的激光脈沖經環形器（2）的第一端口、第二端口與光開關（3）的輸入端連接，光開關（3）的兩個輸出端與傳感光纖（5）的兩端連接，同時將信號采集裝置與環形器（2）的第三端口連接；

S2、定標測量階段：切換光開關（3），通過信號采集裝置分別采集定標階段的前向反斯托克斯光和前向斯托克斯光的光強比值，以及和后向反斯托克斯光和后向斯托克斯光的光強比值；式中，分別為定標階段傳感光纖中各處后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的散射光強，、為定標階段傳感光纖中各處前向反斯托克斯和前向斯托克斯光的散射光強；

S3、標定測量階段：在傳感光纖（5）的多個位置處分別選取長度一段光纖作為校準光纖環，并使這幾個位置處校準光纖環的溫度保持為T₁不變，分別采集位于這幾個位置處的校準光纖環中的后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的光強比值，其中， 分別表示標定測量時校準光纖環中的后向反斯托克斯光和后向斯托克斯光的散射光強；然后計算得到各個校準光纖中各個位置處的傳感光纖溫度敏感因子M的值，并進行線性擬合，得到得到傳感光纖溫度敏感因子M（L）隨距離L的全部函數值；計算得到各個校準光纖中各個位置處的傳感光纖溫度敏感因子M的值的公式為：

；

S4、測量階段：采集在傳感光纖（5）各點的在所有位置處的后向反斯托克斯光與后向斯托克斯光的光強比值以及前向反斯托克斯光與前向斯托克斯光的光強比值；、分別為測量階段得到的傳感光纖中各個位置的后向反斯托克斯和后向斯托克斯光的散射光強，、分別為測量階段得到的傳感光纖中各個位置的前向反斯托克斯和前向斯托克斯光的散射光強；

S5、根據上述測量結果，根據解調公式計算得到傳感光纖沿線的全部溫度信息T，所述解調公式為：

；

式中，；；h、k分別為普朗克常數和玻爾茲曼常數，為傳感光纖的拉曼頻移量，L為傳感光纖中的位置，l為光纖長度。

2.根據權利要求1所述的一種基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法，其特征在于，所述步驟S3中，分別在整條傳感光纖中的1 km、3 km、5 km、7 km、10 km的五個位置處，選取長度為10m的光纖環作為校準光纖環進行標定測量。

3.根據權利要求1所述的一種基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法，其特征在于，所述信號采集裝置包括濾波器（6）、第一雪崩光電探測器（7），第二雪崩光電探測器（8）、數據采集卡（11）、計算機（12）和傳感光纖（5）；其中，所述濾波器（6）的輸入端與所述環形器（2）的第三端口連接， 濾波器（6）的輸出的反斯托克斯和斯托克斯光信號分別被第一雪崩光電探測器（7）和第二雪崩光電探測器（8）接收；第一雪崩光電探測器（7）的輸出端和第二雪崩光電探測器（8）的電信號輸出端與數據采集卡（11）的輸入端連接；數據采集卡（11）的輸出端與計算機（12）的輸入端連接，所述數據采集卡（11）用于對電信號進行數據采集后輸出到所述計算機（12），所述計算機（12）用于根據采集得到的前向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光強比值及后向拉曼散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光強比值，計算得到溫度測量值。

4.根據權利要求3所述的一種基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法，其特征在于，所述信號采集裝置還包括第一放大器（9）和第二放大器（10），所述第一雪崩光電探測器（7）和第二雪崩光電探測器（8）的輸出信號分別經所述第一放大器（9）和第二放大器（10）后輸入所述數據采集卡（11）。

5.根據權利要求3所述的一種基于差分溫度補償的分布式光纖拉曼雙端溫度解調方法，其特征在于，所述脈沖激光器（1）的波長為1550nm、脈寬為10ns、重復頻率為8KHz；所述第一雪崩光電探測器（7）和第二雪崩光電探測器（8）的帶寬為100MHz、光譜響應范圍為900~1700nm；所述濾波器（6）的工作波長為1450nm/1660nm；所述數據采集卡（11）的通道數為4，采樣率為100M/s，帶寬為100 MHz，所述傳感光纖（5）為折射率漸變的多模光纖。