[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)：將雙路光信號進行比值、對數(shù)等數(shù)值計算進行溫度數(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