本发明涉及一种botdr温度误差估算方法,属于测量。
背景技术:
1、分布式光纤传感器有抗干扰能力强、损耗低、精度高和灵敏度高等特点,被广泛应用在民用工程、航空航天、电力工业和石油化工等领域。基于布里渊散射的分布式光纤传感器可以有效地测量光纤的应变和温度变化,可以实现故障的快速定位。
2、基于布里渊散射的分布式光纤传感器因其优越的性能在近几十年中被许多学者所研究。其原理是通过分析布里渊谱获得布里渊频移,再根据布里渊频移计算获得光纤的温度和应变。由于噪声的存在,传感器测得的离散布里渊谱峰值处频率往往不同于布里渊频移的准确值,为解决这个问题,经常采取最小二乘拟合模型的方法重建布里渊谱。常见的拟合模型有洛伦兹模型、高斯模型、voigt模型、伪voigt模型和二次多项式模型等。其中洛伦兹模型近似符合入射光脉冲宽度很大(>50ns)时的布里渊谱,高斯模型近似符合入射光脉冲宽度很小(<10ns)时的布里渊谱,voigt模型和伪voigt模型在大部分入射光脉冲宽度下近似符合布里渊谱,前者精度更高但公式复杂,是由洛伦兹模型和高斯模型卷积得到的结果,拟合速度慢,后者是由洛伦兹模型和高斯模型线性相加得到,在保证可靠性的同时提高了拟合速度。而二次多项式模型与上述四种模型相比,由于其表达式简单,在保证可靠性的前提下,有前面四种模型无法比拟的速度,在对实时性有要求的场合中有巨大的优势。为此,本发明针对基于二次多项式模型的拟合法的测量误差进行分析。
3、布里渊频移与光纤的温度和应变之间满足一定的线性关系,在光纤沿线应变不变的情况下,可以根据布里渊频移的大小来计算出光纤的温度。由于环境中噪声等因素的存在,实际测量的数据往往存在噪声,用此数据计算出的光纤温度就会存在误差。但是目前的布里渊光时域反射计(botdr,brillouin optical time-domain reflectometry)温度误差估算方法存在缺陷,随着扫频范围的增大其准确性会大大降低。在应用中存在局限性,因此更高精确度和更强适用性的botdr温度误差估算方法存在一定的市场需求。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种botdr温度误差估算方法,在保证准确性的同时,增强了适用性。
2、为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
3、一种botdr温度误差估算方法,所述方法是在botdr分布式光纤传感器所输出的布里渊谱信号中,用二次多项式拟合提取布里渊谱参数,再根据如下公式计算由噪声导致的光纤温度的标准差,以标准差来体现光纤温度的测量误差:
4、
5、式中σt为光纤温度的标准差;n为采样点数;δ为扫频间隔;snra为布里渊增益峰值与服从正态分布的噪声的标准差之比;cvt为布里渊频移变化的温度系数;δη为归一化布里渊谱拟合得的二次多项式曲线在扫频范围内的最大和最小值之差,其中归一化是指将原始信号的最大值缩放为1。
6、进一步地,公式中的δη根据扫频范围和布里渊形状插值获得,具体数据参考表1。
7、本发明设计了一种botdr温度误差估算方法,与现有方法相比,本发明的优点在于:本发明方法的精确度在大部分参数设定下优于现有方法。尤其是在扫频范围较大时本发明方法仍能保持较高准确性,而此时现有方法的准确性大大降低,所以本发明方法拥有更强的适用性。
1.一种botdr温度误差估算方法,其特征是,所述方法是在botdr分布式光纤传感器所输出的布里渊谱信号中,用二次多项式拟合提取布里渊谱参数,再根据如下公式计算由噪声导致的光纤温度的标准差,以标准差来体现光纤温度的测量误差:
2.按照权利要求1所述的一种分布式光纤传感的温度误差估算方法,其特征是,公式中的δη根据扫频范围和布里渊谱形状插值获得。