[發(fā)明專利]一種光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法

有效

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• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112683418B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東紅;徐俊;張梁;顧佳;方琪
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州德睿電力科技有限公司
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 吳芳

本發(fā)明公開一種光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法，包括下列步驟：自動定標(biāo)：計算光纖長度及衰減函數(shù)；數(shù)據(jù)去噪：結(jié)合累加去噪、小波閾值去噪的優(yōu)勢提高信號信噪比；數(shù)據(jù)補償：采用基于Linear插值計算的色散消除算法，同步雙路信號，采用數(shù)據(jù)擬合的方法實現(xiàn)了衰減補償算法；數(shù)據(jù)解調(diào)：將雙路光信號進(jìn)行比值、對數(shù)等數(shù)值計算進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)解調(diào)。本發(fā)明的光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法具有響應(yīng)速度快、精度高、性能優(yōu)異的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別是一種光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法。

背景技術(shù)

在分布式測溫系統(tǒng)領(lǐng)域，光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用在該領(lǐng)域起著重要的作用。經(jīng)過數(shù)十年無數(shù)科學(xué)家對其性能的改良和提升，光纖如今已經(jīng)不僅是一種重要的通信媒介，同時，光纖也是一種關(guān)鍵的傳感器件，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于一些環(huán)境參量的監(jiān)測系統(tǒng)中。在分布式光纖傳感系統(tǒng)中，光信號沿著光纖傳播，光纖既可作為光傳播的介質(zhì)用以輸送通信信號，也可以作為傳感介質(zhì)，通過探測光信號的變化來反映出外界環(huán)境的變化情況。隨著近年來光纖通信的發(fā)展，以光纖作為傳感媒介的測溫系統(tǒng)被應(yīng)用于實際的生活中。相較于傳統(tǒng)電子傳感系統(tǒng)，光纖傳感系統(tǒng)有著十分巨大的優(yōu)勢。從硬件屬性方面看，光纖大部分是一種以石英構(gòu)成的材料，它質(zhì)地柔軟且柔韌性好、能夠隨意彎曲、耐腐蝕、重量輕、體積小，這在工程上給安裝提供了便利，其實用性十分強，適用于許多不同的場景。同時，以光作為通信或傳感信號，能夠彌補電信號抗干擾能力差的缺點，十分有利于信號的傳輸與解調(diào)還原。用光信號傳輸數(shù)據(jù)，不需要引入電源，對一些易燃易爆場場合提供了更加安全的保障，光纖應(yīng)用場景十分廣泛。

分布式光纖測溫技術(shù)，是基于光纖散射效應(yīng)，以一整條光纖為傳感載體的新型傳感技術(shù)，能夠測出光纖上所有點的溫度，適用于遠(yuǎn)距離傳輸，相當(dāng)于傳統(tǒng)電子傳感領(lǐng)域多個傳感器組網(wǎng)覆蓋測溫區(qū)域，這大大減少了多傳感器引起的電路混亂問題以及數(shù)據(jù)處理上數(shù)據(jù)量紊亂的缺點，也大大降低了材料成本。通常一套完整的分布式光纖測溫系統(tǒng)一般只需要一根普通的多模光纖即可，將多模光纖鋪設(shè)于需要監(jiān)控的位置，并用一臺主機系統(tǒng)進(jìn)行光信號的采集、數(shù)據(jù)處理等，之后即可獲得整條光纖上所覆設(shè)區(qū)域的溫度。綜上所述，分布式光纖測溫系統(tǒng)具有抗電磁干擾、輕巧、抗腐蝕、長久使用、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)勢如此使得分布式光纖測溫技術(shù)在測溫領(lǐng)域脫穎而出，給測溫技術(shù)提供了一種新思路、新方法。

美國航天局，提出以拉曼斯托克斯(Stokes)光為參考光，拉曼反斯托克斯(Anti-Stokes)光為信號光的溫度雙路解調(diào)方法，此DTS系統(tǒng)成功地應(yīng)用于航空領(lǐng)域。中國計量大學(xué)張在宣團隊提出了分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的設(shè)計方案，系統(tǒng)中集成了雙通道光電探測技術(shù)、自校準(zhǔn)技術(shù)、采樣平均處理等技術(shù)，研制出一套DTS系統(tǒng)，所采用的測溫光纖為1km光纖，實驗結(jié)果表明，溫度精度在±2℃，溫度分辨率為0.1℃，測溫區(qū)間0℃-120℃，測量時間不超過40s。雖然，分布式光纖測溫技術(shù)相對成熟，但隨著科技的日新月異的進(jìn)步，現(xiàn)有的系統(tǒng)性能還不能滿足更高精度的需求，還存在一些技術(shù)上的難題和缺點，比如：測溫精度不高、傳輸距離短、溫敏性能不高、采集速度慢等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法。具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種光纖分布式測溫的拉曼散射光雙路解調(diào)方法，包括以下步驟：

S1.自動定標(biāo)：利用自動尋峰算法對光纖參數(shù)進(jìn)行自動定標(biāo)，并計算衰減補償函數(shù)f(x)；

S2.數(shù)據(jù)去噪：采集光纖中的拉曼斯托克斯光和反斯托克斯光的雙路頻譜信號，采用累加去噪算法和小波閾值去噪算法對所述雙路頻譜信號進(jìn)行處理得到解調(diào)信號；

S3.數(shù)據(jù)補償：利用所述衰減補償函數(shù)和Linear插值算法對所述解調(diào)信號進(jìn)行處理以補償光強衰減和消除色散，得到補償信號；

S4.數(shù)據(jù)解調(diào)：根據(jù)拉曼斯托克斯光和反斯托克斯光的光強與溫度的關(guān)系，對所述補償信號進(jìn)行解調(diào)，得到溫度分布函數(shù)T，其中，所述光強與溫度的關(guān)系為