[發明專利]一種布里淵頻移誤差估算方法

在審

• 申請號: 202010045025.9
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN113155170A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 徐志鈕;趙麗娟
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的是為了估算基于布里淵散射的光纖分布式傳感中溫度/應變測量誤差，提供了一種快速、準確的布里淵頻移誤差估算方法。本發明的技術方案是：將脈沖光入射至光纖中，在光纖入射端檢測散射光的布里淵譜，采用基于偽Voigt模型的擬合算法對實測布里淵譜進行擬合，計算獲得線寬和一個線寬內的信噪比。根據下式估算布里淵頻移誤差其中，為布里淵頻移誤差、R為掃頻范圍與線寬的比值、SNR為一個線寬內的信噪比、N為掃頻點數和Δv_B為線寬。由于相關參數可方便獲得，基于上式可方便、快速、準確計算布里淵頻移誤差。同時根據估算公式能定性分析各因素對誤差的影響規律，為實際測量時選擇合適的參數進一步減少布里淵頻移的誤差提供參考。

技術領域

本發明涉及一種光纖分布式傳感中布里淵頻移誤差的估算方法，屬于測量技術領域。

背景技術

分布式光纖傳感器除具有一般光纖傳感器抗電磁干擾、耐腐蝕以及電絕緣性好等優點外，還具有只需一次測量即可獲取沿整個光纖被測場分布信息等獨特優點，另外其測量精度高、定位準確、傳感距離可達上百公里。因此，應用領域非常廣泛。其中，基于光纖布里淵散射的分布式傳感技術在溫度和應變測量上所達到的測量精度、測量范圍以及空間分辨率具有優勢，因此引起了國內外的廣泛關注和研究。利用該技術對油氣管道、大型水利水電工程結構和電力線纜等的溫度和應變進行在線監測，可實現故障隱患及故障點的快速、準確定位。

基于布里淵散射的溫度和應變傳感研究主要圍繞溫度和應變測量的準確性、溫度和應變的同時測量、空間分辨率的提高、溫度和應變測量范圍提升等幾個方面。測量準確性是其他一切測量指標的基礎。溫度和應變會影響布里淵增益譜，通過檢測布里淵增益譜的特征參數有希望能測量溫度和應變。由于布里淵頻移與溫度和應變成線性關系且穩定性最高，這些特征參數中最為常用的是布里淵頻移。一旦溫度和應變系數確定后，溫度和應變測量的準確性將直接取決于布里淵頻移測量的準確性。為了估算布里淵頻移誤差，有人提出了一個著名的布里淵頻移最小可檢測誤差估算公式，如下

其中，δv_B為布里淵頻移最小可檢測誤差；Δv_B為線寬；為SNR信噪比。

該公式已被廣泛引用。這樣只要知道了信噪比和線寬，現實中的很多情況下的溫度和應變測量誤差都可以估算。但是，現實情況下，掃頻點數和掃頻范圍可能會不同，這也會影響布里淵頻移誤差，進而會影響布里淵頻移誤差估算的準確性，而原有公式沒有考慮到這兩點。這樣其估算結果可能存在誤差。另外，沒有文獻公開報道了該公式的獲得過程，這使其可信度下降。

發明內容

本發明的目的是為了有效估算基于布里淵散射的光纖分布式傳感的溫度/應變測量誤差，考慮到溫度/應變與布里淵頻移成線性關系，提出了一種快速、準確的布里淵頻移誤差估算方法。

本發明的技術方案是：將脈沖光入射至光纖中，光在光纖中傳播發生布里淵散射，在入射端檢測散射光的布里淵譜。采用基于偽Voigt模型的擬合算法對實測布里淵譜進行擬合，計算獲得線寬和一個線寬內的信噪比。提出一個基于信噪比、掃頻范圍、掃頻點數和線寬的布里淵頻移誤差估算公式，根據布里淵譜一個線寬內的信噪比、掃頻范圍、掃頻點數和線寬結合該公式估算布里淵頻移誤差。

本發明的優點有：

(1)準確性高

通過單一影響因素分析獲得各個因素對布里淵頻移誤差影響規律的基礎上結合實際情況分析獲得考慮多個因素情況下布里淵頻移誤差估算公式，所得結果經過大量不同情況下的實際譜數據檢驗，誤差僅為10％左右。

(2)使用方便、速度快

直接給出了布里淵頻移誤差的估算公式，一旦知道線寬、一個線寬內的信噪比、掃頻范圍和掃頻點數即可直接估算布里淵頻移誤差，耗時極短。同時線寬、信噪比、掃頻范圍和掃頻點數非常容易獲得。

(3)能定性分析各因素對誤差的影響規律