一种基于内空型温控件的多温区定标方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于内空型温控件的多温区定标方法，采用内空型铜柱作为温控系统的主体同时利用分段标定的方式得出一条温度随反斯托克斯与斯托克斯的光强比变化的多段折线关系，使得温度标定曲线无限趋近于反斯托克斯与斯托克斯的光强比和温度的指数变化曲线；该方法在不影响系统性能的前提下，进一步提高了系统测温精度，扩展了系统适用的测温范围，较好地解决了现有温度标定方式的缺陷和不足。
【专利说明】-种基于内空型溫控件的多溫区定标方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及分布式光纤测温技术，具体为分布式光纤感温的多温区温度自动标定 方法。
【背景技术】
[0002] 分布式光纤测温系统主要应用于大空间场所的温度监控和火情检测，如电力、铁 路、公路隧道、电缆沟、仓库、油田、输油管道等场所，对于设备场所的安全运行及人员生命 财产安全起着重要的作用。
[0003] 分布式光纤测温系统主要是由感温光缆、温度标定模块、数据采集模块、数据处理 模块和图形显示模块组成，温度定标模块是感温系统的重要组成部分，其定标方式的优劣 直接影响了整套系统的性能指标。
[0004] 现有的分布式光纤测温系统中的温度标定模块通常采用动态跟随标定法，将一段 参考光纤放入一个保温盒内，通过电子温度传感器采集保温盒内的温度作为温度基准进行 温度标定，然后通过数据采集模块采集该段光纤数据送往数据处理模块，将得到的反斯托 克斯（anti-stokes)与斯托克斯（stokes)的光强比和基准温度进行直线拟合，从而得到定 标参数，实现温度标定。
[0005] 该方法的温度标定方式较为简单，但是存在严重的缺陷和不足；第一，由于保温盒 内的温度场存在一定的变化梯度，难W保证温度均匀，一次采集到的单一基准温度难W完 全反应参考光纤所处的温度场，由于基准不准进而导致测量温度精确度下降；第二，由于反 斯托克斯与斯托克斯的光强比（简称）和温度呈指数变化趋势，动态温度定标法，在整个温 度范围内采用单一拟合系数的直线拟合方式在高温区和低温区线性度较差，不能保证在整 个温度范围内的测温准确度，仅采用单温区方式进行温度标定，其定标精度较差，从而降低 了整个感温系统的测温精度。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供了一种基于内控型温控件的多温区自动温度标定方 法，根据不同温度范围内光强比的线性度差异，采用分段标定的方式得出一条温度随反斯 托克斯与斯托克斯的光强比变化的多段折线关系，使得温度标定曲线无限趋近于反斯托克 斯与斯托克斯的光强比和温度的指数变化曲线，进而得出不同区段的标定公式完成标定。
[0007] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
[000引一种基于内空型温控件的多温区定标方法，其特征在于包括W下步骤：
[0009] (1)将参考光纤前端不同位置处的n段光纤分别缠绕在n个内空型铜柱上，其中 n > 3 ;
[0010] 似通过半导体制冷器TEC控制S个铜柱的温度分别恒定在Ti、T2、T3…T。，其中 Ti<T2<T3<'''Tn，n > 3 ;
[0011] (3)通过数据采集模块采集并累加该段参考光纤数据，然后传送至数据处理模块 进行数据处理；
[0012] (4)在数据处理时对中间的一个温度^立（n为偶数）或了j却（n为奇数）的数据 2 2 进行直线拟合，得到反斯托克斯Anti-stokes和斯托克斯stokes光强之比为；
[001 引
【权利要求】
1. 一种基于内空型温控件的多温区定标方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 将参考光纤前端不同位置处的n段光纤分别缠绕在n个内空型铜柱上，其中 n^ 3 ; (2) 通过半导体制冷器TEC控制三个铜柱的温度分别恒定在1\、T2、TfTn，其中 n^ 3 ； (3) 通过数据采集模块采集并累加该段参考光纤数据，然后传送至数据处理模块进行 数据处理；
式中，Kas，Ks是与光纤反斯托克斯anti-stokes和斯托克斯stokes散射界面有关的 系数，Vs,Vas分别为斯托克斯stokes和反斯托克斯anti-stokes散射光子频率，aas、as 分别为反斯托克斯anti-stokes散射光和斯托克斯stokes散射光频率的光纤传输损耗，L 为光纤待测局域处的长度，h为普朗克常量，k为波尔兹曼常量； (5)根据式1得出当系统处于环境温度Ttl时，其反斯托克斯anti-stokes和斯托克斯stokes散射光功率Pas(Ttl)、Ps (Ttl)之比为：
(7) 通过测量不同温度T下F⑴/F(Ttl)的值，根据曲线关系图可以拟合出一条实际系 统的温度定标曲线，表达式为：
(8) 根据式4分别计算出温度1 = 1'1、1'2、1'3?1'11时的温度标定系数〇11 1，31)，（1]12,32)， (m3, a3)…（mn，an)，n ^ 3 ; (9) 根据依次相邻的两个温度标定系数Ova1)和（m2，a2)，（m2，a2)和（m3，a3)…Ov1, IV1)和（mn，an)分别整合I\?T2,T2?T?T"范围的线型关系将得到n-1个温度随 光强比变化的阶段线型曲线，然后根据光强比所处的阶段不同选择不同温区的温度定标系 数，然后代入到式4中来计算非定标光纤的温度值。
2. 根据权利要求1所述的一种基于内空型温控件的多温区定标方法，其特征在于所述 铜柱铣槽和参考光纤上覆盖有隔热圈。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于内空型温控件的多温区定标方法，其特征在于 所述n为3,权利要求步骤1中的参考光纤前端不同位置处的3段光纤分别缠绕在3个内空 型铜柱上。
4. 根据权利要求3所述的一种基于内空型温控件的多温区定标方法，其特征在于所述 温度1\的大小为-20°C?20°C，T2的大小为20°C?80°C，T3的大小为80°C?120°C。
【文档编号】G06F19/00GK104501996SQ201410784520
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】杨术彬, 陈必茂, 葛翠艳, 李安兵 申请人:珠海拓普智能电气股份有限公司