[發(fā)明專利]一種基于拉曼后向散射的光纖位移傳感方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110629525.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN113340210B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周正仙;鄭賢鋒;張大偉;崔執(zhí)鳳;屈軍;韓亞帥;楊新艷;余瑞蘭;馮小蔚;朱晶晶;徐曉峰;陶天寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于拉曼后向散射的光纖溫度和位移傳感系統(tǒng)，其特征在于：溫度計(jì)算模塊接收采集卡輸出Stocks和Anti-stocks兩路后向散射信號(hào)功率，進(jìn)行計(jì)算獲得光纖沿線溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)輸入到位移計(jì)算模塊；采集不同溫度下Stocks后向散射信號(hào)功率，位移計(jì)算模塊根據(jù)溫度計(jì)算模塊輸入的溫度數(shù)據(jù)計(jì)算溫度對(duì)Stocks后向散射信號(hào)功率的影響系數(shù)，獲得功率-溫度修正系數(shù)，并對(duì)Stocks后向散射信號(hào)功率進(jìn)行修正，消除溫度對(duì)位移計(jì)算的影響，最后利用修正后的Stocks后向散射信號(hào)功率進(jìn)行位移計(jì)算獲得光纖測(cè)量的位移值。

2.一種基于拉曼后向散射的光纖溫度和位移傳感方法，其特征在于：

步驟1：采集卡連續(xù)采集40960條Stocks和Anti-stocks后向散射信號(hào)功率曲線，然后分別對(duì)40960條Stocks和Anti-stocks后向散射信號(hào)功率曲線上每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行累加平均，分別為：y_si=(x_si,1+x_si,2+……x_si,k)/k，k=40960，i為曲線上數(shù)據(jù)點(diǎn)編號(hào)；y_Asi=(x_Asi,1+x_Asi,2+……x_Asi,k)/k，k=40960 ，i為曲線上數(shù)據(jù)點(diǎn)編號(hào)；再對(duì)累加平均后的Stocks和Anti-stocks后向散射信號(hào)功率曲線分別進(jìn)行滑動(dòng)平均，分別為，M為滑動(dòng)平均的步長(zhǎng)，y_si為Stocks后向散射信號(hào)功率累加平均曲線上第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，y_Asi為Anti-stocks后向散射信號(hào)功率累加平均曲線上第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，z_sj為Stocks后向散射信號(hào)功率滑動(dòng)平均曲線上第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，z_Asj為Anti-stocks后向散射信號(hào)功率滑動(dòng)平均曲線上第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，滑動(dòng)平均的步長(zhǎng)M=7；

步驟2：基于拉曼后向散射溫度傳感原理，利用Stocks和Anti-stocks后向散射信號(hào)功率計(jì)算整條光纖沿線的溫度值；采集不同溫度下Stocks后向散射信號(hào)功率數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的溫度對(duì)功率的影響系數(shù),獲得功率-溫度修正系數(shù)T_j；再利用功率-溫度修正系數(shù)T_j對(duì)采集到的Stocks后向散射信號(hào)功率進(jìn)行功率修正，w_j=T_j*z_sj；

步驟3：在傳感光纖某一位置處進(jìn)行l=20次施加位移，采集并計(jì)算20條Stocks后向散射信號(hào)功率曲線的功率損耗值的差值曲線L_dfj(w_j)= =10log₁₀(w_j+n/w_j)，n為差值計(jì)算步長(zhǎng)，并從L_dfj(w_j)中提取20條Stocks后向散射信號(hào)功率曲線在施加位移位置處的功率損耗值的差值d=[d₁, d₂, ……, d_l]；計(jì)算過程如下：1）在傳感光纖某一位置處0-5mm范圍內(nèi)間隔0.25mm進(jìn)行l=20次施加位移p=[p₁, p₂, ……, p_l], l=20，采集并計(jì)算20條Stocks后向散射信號(hào)功率曲線的功率損耗值L(w_j)，L(w_j)=10log₁₀(w_j)/w₀)，w₀為Stocks后向散射信號(hào)功率滑動(dòng)平均曲線起始點(diǎn)的功率，w_j為Stocks后向散射信號(hào)功率滑動(dòng)平均曲線上第j個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的功率；2）計(jì)算20條Stocks后向散射信號(hào)功率曲線功率損耗值的差值曲線：L_dfj(w_j)= L(w_j+n)–L(w_j)=10log₁₀(w_j+n/w_j)，n為差值計(jì)算步長(zhǎng)，n= 7；3）從L_dfj(w_j)中提取20條Stocks后向散射信號(hào)功率曲線在施加位移位置處的功率損耗值的差值d=[d₁, d₂, ……, d_l], l=20；

步驟4：對(duì)施加位移位置處的數(shù)值點(diǎn)進(jìn)行3次非線性擬合p =ｋ₁dⁿ+ｋ₂d^n?1+...+ｋ_nd+ｋ_n+1; n=3，獲得曲線的擬合參數(shù)ｋ₁,ｋ₂,ｋ₃,ｋ₄；利用曲線擬合參數(shù)對(duì)采集并計(jì)算到的功率損耗值的差值進(jìn)行擬合，計(jì)算傳感光纖測(cè)量得到的位移值。