分布式光纤温度传感系统的温度曲线自动修正算法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤温度传感系统的温度曲 线自动修正算法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，分布式光纤拉曼温度传感系统由于成本低、不受测温光纤应变的交叉干 扰等优点，在石油管道、电力线路、发电厂等分布式温度监测领域得到广泛应用。
[0003] 分布式光纤拉曼温度传感系统基于背向拉曼散射原理，当激光脉冲在光纤中传输 时，所经过的光纤路径中会不断产生拉曼散射、瑞利散射和布里渊散射等散射光，其中拉曼 散射光包括斯托克斯光和反斯托克斯光，这些拉曼散射光部分会反方向传输到光纤的激光 脉冲注入端，分布式光纤拉曼温度传感系统就是采用背向拉曼散射中反斯托克斯光作为温 度敏感信号的一种温度传感系统。
[0004] 分布式光纤拉曼温度传感系统能够在线解调计算应用现场光纤沿线各点的温度 数据，但是通常解调计算所得温度数据比实际温度偏低，而且距离光纤的激光脉冲注入端 越远，温度数据偏差越大。当整段测温光纤处于同一室温下，实际测量所得的温度随距离变 化的关系曲线由理想的水平温度曲线（光纤各位置点的温度均相同）变为向下倾斜。通常 需要人工修正操作将该温度与距离的关系曲线变换为实际水平的温度曲线，但由于实际工 程安装的测温光纤可能有多个焊点，部分位置可能扭曲，导致温度曲线波动较大，所以人工 修正操作的工作量较大，需要反复调整才能近似逼近真实的温度曲线。本发明正是出于解 决该技术缺陷而提出的一种温度曲线自动修正算法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供分布式光纤拉曼温度传感系统的一种温度曲线自动修正 算法，可供生产调试过程和工程现场快速的自动修正温度曲线，加快安装调试进度，避免人 工修正操作耗费大量时间去反复调整温度修正曲线。
[0006] 为达上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] 提供一种分布式光纤温度传感系统的度曲线自动修正算法，包括以下步骤：
[0008] 分别采样得到参考光纤温度T(0)、斯托克斯光强数据曲线Vs(z)和 反斯托克斯光强数据曲线V as(z)，计算得到未修正的温度数据反比曲线
【主权项】
1. 一种分布式光纤温度传感系统的度曲线自动修正算法，其特征在于，包括以下步 骤： 分别采样得到参考光纤温度T(O)、斯托克斯光强数据曲线Vs(Z)和反斯托克斯光强数 据曲线Vas(Z),计算得到未修正的温度数据反比曲线
其中 γ为与光纤材料相关的温度系数，z为采样数据点的序号； 从修正系数表中读取所有分段区间的修正参数，包括分段区间的范围和修正系数，该 修正系数包括调平系数An和校准系数Βη，计算各分段区间的修正量Λη(ζ) =Αη*ζ+Βη，其 中η = 1、2、3……，ζ为测温光纤上各采样数据点的序号，ζ = 1、2、3……，将这些分段修正 量依次连接在一起得到与未修正的温度数据反比曲线对应的修正量数据曲线△ (ζ); 计算修正后的温度数据曲线
2. 根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感系统的温度曲线自动修正算法，其特征 在于，修正系数表中的数据通过至少一次定标操作得到，该定标操作包括以下步骤： 打开定标开关，先计算γ系数； 根据实际采样得到的参考光纤温度T(O)、斯托克斯光强数据曲线Vs(Z)和反斯托克斯 光强数据曲线Vas(Z)，计算得到未修正的温度数据反比曲线f (ζ); 计算未修正的温度数据反比曲线f (ζ)的二阶倒数曲线
，该曲线在数值〇 上下波动，曲线上的凸点和凹点对应光纤焊点和扭曲位置； 逐点判断二阶倒数曲线上的数据，提取并记录各个大于经验阈值的数据点位置，根据 这些数据点位置自动计算出各个分段区间的范围，并计算分段校准温度值Tn和各分段区 间的修正系数，重建修正系数表。
3. 根据权利要求2所述的分布式光纤温度传感系统的度曲线自动修正算法，其特征在 于，各分段区间的修正系数的计算过程以下步骤： 读取修正系数表中将要执行定标操作的分段区间的范围[PTS，PTJ、数据点数Nn和校 准温度值Tn ; 使用最小二乘法计算f(z)曲线在分段区间[PTs，PTe]内的斜率值、和偏移量bn:
计算分段区间[PTS，PTJ对应的调平系数八"= kn，校准系数Bn= bn-Tn，并将其存入修 正系数表中该分段区间对应的修正系数值； 同理计算所有分段区间对应的修正系数。
4. 根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感系统的温度曲线自动修正算法，其特征 在于，在根据修正系数表修正温度数据曲线时，关闭定标开关。
5. -种分布式光纤温度传感系统的温度曲线自动修正系统，其特征在于，包括： 未修正的温度数据反比曲线计算模块，用于根据采样得到的参考光纤温度T(O)、斯托 克斯光强数据曲线Vs(Z)和反斯托克斯光强数据曲线Vas(z)，计算未修正的温度数据反比 曲线
修正系数表读取模块，用于从修正系数表中读取所有分段区间的修正参数，包括分段 区间的范围和修正系数，该修正系数包括调平系数An和校准系数Bn ; 修正量计算模块，用于根据读取的修正系数表中的数据计算各分段区间的修正量 Δη(ζ) = Δ α *(Z-Z(I) = An*z+Bn(n = 1、2、3......)，将这些分段修正量依次连接在一起得 到与未修正的温度数据反比曲线对应的修正量数据曲线Δη(ζ); 修正后的温度数据曲线计算模块，用于计算修正后的温度数据曲线
6.根据权利要求5所述的分布式光纤温度传感系统的度曲线自动修正系统，其特征在 于，该系统还包括定标模块，用于修正系数表中的数据，该定标模块具体包括： 开关模块，用于打开或者关闭定标开关； γ系数计算模块，用于计算γ系数； 曲线计算模块，用于根据实际采样得到的参考光纤温度T(O)、斯托克斯光强数据曲线 Vs(Z)和反斯托克斯光强数据曲线Vas(z)，计算得到未修正的温度数据反比曲线f(z);并 计算未修正的温度数据反比曲线f (z)的二阶倒数曲线
该曲线在数值〇上下 波动，曲线上的凸点和凹点对应光纤焊点和扭曲位置； 提取分段区间模块，用于逐点判断二阶倒数曲线上的数据，提取并记录各个大于经验 阈值的数据点位置，根据这些数据点位置自动计算出各个分段区间的范围； 分段计算模块，用于计算分段校准温度值Tn和各分段区间的修正系数，重建修正系数 表。
【专利摘要】本发明公开了一种分布式光纤温度传感系统的温度曲线自动修正算法及系统，其中算法包括以下步骤：分别采样得到参考光纤温度、斯托克斯光强数据曲线和反斯托克斯光强数据曲线，计算得到未修正的温度数据反比曲线f(z)；从修正系数表中读取所有分段区间的修正参数，包括分段区间的范围和修正系数，该修正系数包括调平系数和校准系数，计算各分段区间的修正量，将这些分段修正量依次连接在一起得到与未修正的温度数据反比曲线对应的修正量数据曲线Δ(z)；计算修正后的温度数据曲线本发明可供生产调试过程和工程现场快速的自动修正温度曲线，加快安装调试进度，避免人工修正操作耗费大量时间去反复调整温度修正曲线。
【IPC分类】G01K15-00, G01K11-32
【公开号】CN104535223
【申请号】CN201410778817
【发明人】简敬元, 宋珂, 董雷, 印新达
【申请人】武汉理工光科股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月16日