一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤测温，特别设及一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方 法。
【背景技术】
[0002] 分布式光纤温度传感器（DistributedfiberTemperatureSensor,DTS)是近二、 S十年发展起来的、利用光纤中的自发拉曼散射效应结合光时域反射技术（化ticalTime DomainReflectometry,OTDR)实现的可用于分布式、实时测量空间温度场分布的一种新 型传感技术。该技术利用普通光纤作为敏感介质和传输介质，具有电绝缘、抗电磁干扰、本 质安全、耐腐蚀、体积小、重量轻、可绕曲等特点。可实现远距离测量和监控，具有测量范围 宽，空间分辨率和测量精度较高等优点，可广泛应用于油气管线、电力电缆、航天器结构健 康、冶金化工、地铁隧道、大型建筑等领域的温度监测。
[0003] 目前基于拉曼散射的分布式光纤测温系统主要采用反斯托克斯光（Anti-Stokes) 与斯托克斯光（Stokes)的强度比值对温度进行解调。由于两种散射光的波长不同，根据光 纤色散效应，它们在光纤中的传播速度存在差异。所W，从同一位置散射回的反斯托克斯光 和斯托克斯光到达光电探测器的时间不一样，使得采集卡接收到的两路信号并不是来自相 同的位置。该种信号错位现象便会引起测量误差，特别是随着传感光纤的延伸，误差也会累 积变大，最终导致测温或定位出现错误。
[0004] 传统的解决方法是采取加入不同长度的匹配光纤，使得Stokes和Anti-Stokes 光路通道保持一致，W消除因两路光速度不同而造成的位置误差。
[0005] 该方法只能对某一具体长度处的数据进行补偿，而该种由于色散引起的两路信号 时间差是处处存在的，所W该方法具有一定的局限性。而且操作比较复杂，很难精确补偿长 度差别。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于提供一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法。是一种 对接收的信号通过插值的方法解决由于光纤色散引起的信号错位问题提高DTS测量精度 的方法，能完全消除信号错位，大大提高了测量精确度。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的方案是；一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的 修正方法；包括同步获取同一光纤长度的斯托克斯光和反斯托克斯光顺序点信号，用斯托 克斯光作为参考光，利用反斯托克斯光与斯托克斯光强度的比值解调出温度信息，所述修 正方法是： 第一步；确定斯托克斯信号与反斯托克斯信号顺序点数量及信号强度； 第二步：将斯托克斯信号及反斯托克斯信号顺序点位置做针对光纤长度的归一化处 理； 第=步：对信号位置归一化后的反斯托克斯信号强度采用插值算法，获得与斯托克斯 信号位置相同处的反斯托克斯信号强度。
[0009] 方案进一步是；所述归一化处理是；设定光纤长度为1，斯托克斯信号及反斯托克 斯信号归一化位置分别为1/化、2/Ns、3/化、...、1和1/化s、2/化s、3/化S、. . .、1，其中化 为斯托克斯信号数量，化S为反斯托克斯信号数量。
[0010] 方案进一步是；所述插值算法是分段=次化rmite插值算法。
[0011] 本发明专利的优点在于，该方法实现简单，方法采用分段S次化rmite插值算法 对反斯托克斯信号进行修正，能够完全消除色散误差，大大提高了测量精确度。得到了理想 的测量结果；对于长距离的分布式测温系统，该方法的优点尤其突出，具有重要价值。
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明方法流程示意图； 图2为本发明测试系统示意图； 图3为插值前的两种信号测量位置示意图； 图4为插值后的两种信号测量位置示意图； 图5为插值后的两种信号测量位置末尾误差示意图； 图6为插值前后的实际测量图形比较图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示；一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法；包括同步获取 同一光纤长度的斯托克斯光顺序点信号和反斯托克斯光顺序点信号，信号是包含了斯托克 斯信号数量为化，信号强度为Vs(n)，n=l，2, 3...，化信号，和反斯托克斯信号数量为化S， 信号强度为Vas(n)，n=l，2, 3...，化S信号；用斯托克斯光作为参考光，利用反斯托克斯光 与斯托克斯光强度的比值解调出温度信息，其中，所述修正方法是： 第一步；确定斯托克斯信号与反斯托克斯信号顺序点数量及信号强度； 第二步：将斯托克斯信号及反斯托克斯信号顺序点位置做针对光纤长度的归一化处 理； 第=步；对信号位置归一化后的反斯托克斯强度信号强度采用插值算法获得与斯托克 斯信号位置相同处的反斯托克斯信号强度。
[0015] 实施例中；所述归一化处理是；设定光纤长度为1，斯托克斯信号及反斯托克斯信 号顺序点归一化位置分别为1/化、2/Ns、3/化、...、1和1/化s、2/化s、3/化S、. . .、1，其中 化为斯托克斯信号数量，化S为反斯托克斯信号数量。
[0016] 实施例中：所述插值算法可W根据现有知识进行多种选择，一个优选方法是分段 S次化rmite插值算法。
[0017] 为了对所述实施例加深了解，做如下的进一步说明。
[0018] 如图2所示，分布式光纤测温系统主要分为=个部分：光路1、电路2和信号处理 3。其中光路部分包括；光源、光波分复用器(WDM)、标定光纤、测温光纤、ATO光电探测器；电 路部分包括；多级放大电路、采集卡、销阻测温电路；信号处理部分包括；作为工控机的上 位机、控制软件、定位测温算法等。
[0019] 由光源发出的脉冲光经过波分复用器进入传感光纤中，在传感光纤各点位置上产 生自发拉曼散射(携带温度信息)，其中后向传输的自发拉曼散射光(斯托克斯光和反斯托 克斯光）再次经过波分复用器禪合进ATO光电转换模块，经过光电转换变为电信号，再经过 多级、低增益、低噪声放大电路放大后被采集累加卡采集并进行预处理，最后携带温度信息 的信号由采集卡送入工控机。同时，销阻测温电路测量得到的标定光纤的温度信息也送入 工控机。两组温度信息通过测温软件运行算法程序，对待测温度信息进行解调并绘制在显 示屏上。
[0020] 分布式光纤测温实施例系统中，各关键器件的性能参数如下表所示。
[0021]
【主权项】
1. 一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法：包括同步获取同一光纤长度 的斯托克斯光和反斯托克斯光顺序点信号，用斯托克斯光作为参考光，利用反斯托克斯光 与斯托克斯光强度的比值解调出温度信息，其特征在于，所述修正方法是： 第一步：确定斯托克斯信号与反斯托克斯信号顺序点数量及信号强度； 第二步：将斯托克斯信号及反斯托克斯信号顺序点位置做针对光纤长度的归一化处 理； 第三步：对信号位置归一化后的反斯托克斯信号强度采用插值算法，获得与斯托克斯 信号位置相同处的反斯托克斯信号强度。
2. 根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述归一化处理是：设定光纤长度为 1，斯托克斯信号及反斯托克斯信号归一化位置分别为1/Ns、2/Ns、3/Ns.....1和1/Nas、 2/Nas、3/Nas.....1，其中Ns为斯托克斯信号数量，Nas为反斯托克斯信号数量。
3. 根据权利要求1或2所述的修正方法，其特征在于，所述插值算法是分段三次 Hermite插值算法。
【专利摘要】本发明公开了一种分布式拉曼光纤测温系统测量误差的修正方法：第一步：确定斯托克斯信号与反斯托克斯信号顺序点数量及信号强度；第二步：将斯托克斯信号及反斯托克斯信号顺序点位置做针对光纤长度的归一化处理；第三步：对信号位置归一化后的反斯托克斯信号强度采用插值算法，获得与斯托克斯信号相同位置处的反斯托克斯信号强度。本发明方法实现简单，方法采用分段三次Hermite插值算法对反斯托克斯信号进行修正，能够完全消除色散误差，大大提高了测量精确度。得到了理想的结果；对于长距离的分布式测温系统，该方法的优点尤其突出，具有重要价值。
【IPC分类】G01K11-32
【公开号】CN104864979
【申请号】CN201510332462
【发明人】李小彦, 杨睿, 苗守功
【申请人】北京航天易联科技发展有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月16日