[發明專利]ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置和方法

有效

• 申請號: 202110420282.0
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113091947B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 李健;周新新;張明江;王晨懿;張建忠;薛曉輝;許揚;余濤;于福浩;馮凱;尹子彤;程姿嘉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 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ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于，包括ASE脈沖信號源，光纖耦合器（5），波分復用器（6），傳感光纖（7），摻鉺光纖放大器（8），第一光電探測器（9），第二光電探測器（10），數據采集卡（11）和計算機（12）；

所述ASE脈沖信號源發出的ASE脈沖信號經光纖耦合器（5）分為兩束，其中一束作為參考光束被第二光電探測器（10）探測；另一束作為探測光束經波分復用器（6）后入射到傳感光纖（7），在傳感光纖（7）中產生的后向拉曼散射光經波分復用器（6）、摻鉺光纖放大器（8）后，被第一光電探測器（9）探測；數據采集卡（11）采集第一光電探測器（9），第二光電探測器（10）的探測信號后發送至所述計算機（12）；

所述計算機（12）用于對ASE拉曼后向散射信號進行時域差分信號重構，得到短尺度下的ASE拉曼后向散射信號，并通過將ASE脈沖參考信號和重構后的ASE拉曼后向散射信號進行時域相關壓縮運算，進而定位和解調光纖沿線的溫度突變點信息；

對ASE拉曼后向散射信號進行時域差分信號重構的表達式為：

；

其中，F_as（L,i）表示傳感光纖L位置處的ASE拉曼后向散射信號進行時域差分信號重構后第i個數據點的時域差分信號，和分別表示傳感光纖L位置處和位置處的后向拉曼反斯托克斯光的強度，其中，，W表示脈沖寬度，f_s表示采樣率，c表示光速，n₀表示光纖中的折射率；

進行短尺度時域相關壓縮系數的運算公式如下：

其中，C（a）表示延時a個采樣點時的短尺度時域相關壓縮系數；N表示重構后ASE拉曼后向散射信號總采樣點個數，F_as（n）表示進行時域差分信號重構后第n個采樣點的時域差分信號；I_ref(n+a)表示延時a個采樣點的ASE脈沖參考信號；N表示重構后ASE拉曼后向散射信號總采樣點個數。

2.根據權利要求1所述的基于ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于，ASE脈沖信號源包括ASE信號發生器（1），隔離器（2），聲光調制器（3），脈沖信號發生器（4），所述ASE信號發生器（1）發出的ASE激光經隔離器（2）后入射到聲光調制器（3），經脈沖信號發生器（4）驅動的聲光調制器（3）調制后輸出ASE脈沖信號；

ASE信號發生器（1）的工作波長為1550nm。

3.根據權利要求1所述的基于ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于，光纖耦合器（5）用于將ASE脈沖信號分比為功率比為1：99的參考光和探測光。

4.一種基于ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感方法，采用權利要求1所述的一種基于ASE時域相關壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置實現，其特征在于，包括以下步驟：

S1、搭建傳感裝置，并進行ASE脈沖參考信號I_ref和ASE拉曼后向散射信號I_as（L）的數據采集；I_as（L）表示傳感光纖L位置處的ASE拉曼后向散射信號強度；

S2、對ASE拉曼后向散射信號進行時域差分信號重構；

S3、根據ASE脈沖參考信號和時域差分信號重構后的ASE拉曼后向散射信號，進行短尺度時域相關壓縮系數的運算；

S4、尋找短尺度時域相關壓縮系數的正峰值和負峰值，分別對應的延時采樣點個數a₀和a₁，并計算溫度突變位置，溫度突變區域長度和溫度突變區域溫度信息。