[發明專利]一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法和系統

在審

• 申請號: 202110441151.0
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113108941A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 楊軍;宋樹祥;夏海英;黃健;黎標幸;周龍;徐隆
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 盧波

1.一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法，傳感光纜前端連接校準光纖，其特征在于，傳感光纜上的各點溫度T的溫度解調公式具體表達方式如下：

其中，k為玻爾茲曼常數，Δν為拉曼頻移，h為普朗克常數，T₀為定標溫度，為校準光纖在定標溫度下的溫度，T¹為校準光纖的實時溫度，U(T)和U(T₀)分別為實時溫度下和定標溫度下傳感光纜產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值曲線，U¹(T)和U¹(T₀)分別為實時溫度和定標溫度下校準光纖產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值。

2.根據權利要求1所述的一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法，傳感光纜前端連接校準光纖，其特征在于，所述傳感光纜為以鋪設好的傳感光纜；所述定標溫度下傳感光纜產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值曲線U(T₀)的具體計算方式如下：

在已鋪設好的傳感光纜上，選取n個定標點x₁，x₂，……，x_n，測量得到傳感光纜上各個定標點的溫度和實時溫度下傳感光纜上各個定標點的數字信號比值對傳感光纜上各個定標點定標溫度T₀和定標溫度T₀下各個定標點的數字信號比值擬合得到定標溫度T₀下傳感光纜產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值曲線U(T₀)。

3.根據權利要求2所述的一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法，傳感光纜前端連接校準光纖，其特征在于，在已鋪設好的傳感光纜上選取的定標點個數n≥2，且所選取的定標點包含靠近傳感光纜的前端和后端的點。

4.根據權利要求2所述的一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法，傳感光纜前端連接校準光纖，其特征在于，所述數字信號比值曲線U(T₀)的具體擬合步驟如下：

首先設定校準光纖的狀態保持不變，即U¹(T)＝U¹(T₀)；則溫度解調公式簡化的表達式子如下：

其中，h為普朗克常量；k為波爾茲曼常量；Δν為拉曼頻移；為傳感光纜上各個定標點的實時溫度；T₀為定標溫度；U(T)和U(T₀)分別為實時溫度下和定標溫度下傳感光纜產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值曲線；

然后通過簡化的溫度解調公式計算傳感光纜上各個定標點在定標溫度下對應的數字信號比值所述數字信號比值具體計算公式如下：

其中，h為普朗克常量；k為波爾茲曼常量；Δν為拉曼頻移；為傳感光纜上各個定標點的實時溫度；T₀為定標溫度；為實時溫度下傳感光纜上各個定標點的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值；

最后將計算得到的定標溫度下傳感光纜上各個定標點的數字信號比值進行線性擬合，得出定標溫度T₀下傳感光纜產生的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值曲線U(T₀)。

5.根據權利要求4所述的一種光纖溫度傳感的拉曼光時域反射計解調方法，傳感光纜前端連接校準光纖，其特征在于，所述的實時溫度下傳感光纜上各個定標點的反斯托克斯光和斯托克斯光的數字信號比值的具體計算方式如下：

其中，α為放大系數，k_as和k_s分別為光纖散射端截面的反斯托克斯光和斯托克斯光的有關系數；λ_as和λ_s分別為反斯托克斯光和斯托克斯光的波長；α_as和α_s分別為反斯托克斯和斯托克斯光在光纖中損耗系數；L為傳感光纜長度；h為普朗克常量；k為波爾茲曼常量；Δν為拉曼頻移；為傳感光纜上各個定標點的實時溫度。