[發明專利]一種分布式光纖測溫方法及其應用

在審

• 申請號: 202211388640.5
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115574975A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 胡凱;徐曉毅;劉威德;劉雨;張楷亮
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 顏濟奎

本發明公開了一種分布式光纖測溫方法及其應用，涉及光纖傳感技術、溫度檢測方法領域。所述的方法包括：利用光纖通道中采集到的兩路反射光的光強,解析得到原始光強的位置和大小，再設計算法對溫度誤差，進行精度補償，從而精確地測量出光纖上各點的溫度值。本申請的方法采用距離動態補償系數將測量反射光強和實際光強位置進行定位，通過測得的反射光強解調出原始光強，更精確地定位溫度點變化。并且考慮工作環境影響，通過優化溫度解調算法將工作環境影響進行補償校正。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術、溫度檢測方法領域。

背景技術

目前,三維立體倉儲是物流運輸及倉儲的一大趨勢。針對立體倉庫的溫度測量方案,主要有基于傳感器網絡的點式溫度傳感系統,基于火焰識別的視頻檢測方案,以及基于光纖測溫的分布式溫度監測方案。

近年來,基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統被深入研究和發展。由于具有抗電磁干擾、測量距離長的特性,分布式光纖測溫在眾多工業領域被廣泛應用,例如火災預警、電線安全監測以及輸油管路的泄露檢測。光纖本身不帶電、體積小、質量輕、易彎曲、長距離傳輸、抗電磁干擾、抗輻射，特別適合在易燃易爆、空間受到嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用。然而,系統的測量結果會受到光纖插入損耗、光纖傳輸損耗也稱為光纖衰減及雪崩光電二極管暗電流噪聲的影響。

相關技術中,解調方案采集到的光強值是初始光強經過累加后的結果，在反映溫度時有一定滯后性和誤差。相關技術中,認為電路組裝完成后暗電流噪聲趨于穩定,人為給出一個定值作為暗電流噪聲值，然而電路工作時的溫度、偏置電壓都會影響到輸出結果,所以暗電流噪聲在不同測量周期內呈現出波動,將暗電流噪聲定值會造成測量結果的波動較大、誤差也較大。

發明內容

本發明是提供一種更精確更靈敏的分布式光纖測溫方法方案。

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種分布式光纖測溫方法，本發明是這樣實現的：

1)傳感器向光纖發射光信號，在所述傳感光纖上選取一部分作為測溫光纖段在所述傳感光纖上不屬于測溫光纖段的部分選取至少一個參考光纖段,并將所述參考光纖段置于恒溫環境下。

進一步地,所述對采集到的后向散射光進行處理,包括根據后向散射光的信號值變化,分離出屬于所述測溫光纖段的散射光數據根據分離后的結果,將所述測溫光纖段上的某一點在所述測溫通道上的測溫結果進行位置匹配。

進一步地,所述對采集到的后向散射光進行處理,還包括進行位置匹配后,采集所述參考光纖段的散射光數據，將采集到的光強值通過公式進行定位分析，根據測量結果解出所述位置定位公式中的位置參數，匹配原始光強的位置。

進一步地，所述初始光強定位校正公式為：

l_s1＝l_s+Δ_l

Δ_l＝l₀f

其中f為定位系數，f＝0.00041,Δ_l為斯托克斯光實際溫度位置與采集到的光強位置的距離差，單位為m。斯托克斯原始光強校正后的位置為l_s1，采集到的斯托克斯光強位置點為l_s，再用l_s1＝l_s+Δ_l，即可用采集到的光強值定位到原始斯托克斯光強值的位置點。考察信號值隨著距離值增大而變化的對應關系。

選取信號值與距離值之間具有平穩的線性關系的數據,即為屬于所述測溫光纖段的散射光數據。

2)對于采集到的斯托克斯和反斯托克斯光強值進行處理，計算出原始的單一光強值，進一步地將原始光強進行比值，解調出溫度值。