一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，包括:确定所述传感器的传感光纤温度T；确定所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT；根据所述传感器的传感光纤温度T和所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT确定所述传感器的传感光纤的最终温度。本发明专利技术的技术方案克服了由于测温主机所处环境温度的变化，造成的定标光纤的温度发生变化缺陷，并解决了最终导致传感器测温准确性下降，又使解调后的温度曲线变形的问题。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及分布式光纤传感器
，更具体涉及一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法。
技术介绍
：近年来发展起来的分布式光纤温度传感器系统作为线型火灾监测感温光纤的感温火灾探测器，它可以在线实时预报温度的变化，可以在很大的温度范围设置报警温度，光纤本身不带电的，通过在光纤中传送的光强度的变化或光谱位置的变化来检测温度是本质安全型的线型感温火灾探测器，也可称为光纤激光温度雷达，在电力工业、石化企业和土木工程等安全检测上已成功地应用。在工程应用中有些场合要求分布式光纤拉曼温度传感器应可以适应比较恶劣的环境特别是比较宽的温度适应范围。分布式光纤拉曼温度传感器温度解调方法一般有三种：1、用斯托克斯拉曼解调反斯托克斯拉曼，该解调法是业界最常用的方法；2、反斯托克斯拉曼自解调或用瑞利解调反斯托克斯拉曼，该解调方法由于温度校准难度比较大，工程应用不方便，业界使用较少。3、斯托克斯拉曼自解调，相对温度灵敏度低，仅有理论意义无应用价值。使用斯托克斯解调反斯托克斯方法的分布式光纤拉曼温度传感器需要设计一段定标光纤计算传感光纤的温度值。由于分布式光纤拉曼温度传感器中斯托克斯拉曼和反斯托克斯拉曼会参杂部分光噪声，导致当定标光纤的温度变化时传感光纤的测量温度值与实际温度值会出现偏差。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，提高了分布式光纤温度传感器的环境适应范围。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，包括:确定所述传感器的传感光纤温度T；确定所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT；根据所述传感器的传感光纤温度T和所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT确定所述传感器的传感光纤的最终温度。在确定所述传感器的传感光纤温度T前还包括：将所述分布式光纤拉曼温度传感器处在一个恒定的温度下，记此时定标光纤的温度为T0a和传感光纤总长度记为La；在该温度条件下对所述传感器进行温度校准，保存所述传感器的参数；更换所述分布式光纤拉曼温度传感器所处环境温度，保持所述传感器的参数不变，记更换环境温度后的定标光纤的温度记为T0。通过所述传感器的传感光纤的斯托克斯拉曼散射波和反斯托克斯拉曼散射波强度的信号电压比来检测所述传感光纤的温度T。当所述斯托克斯拉曼光子和反斯托克斯拉曼散射光子不参杂其它杂散光时，所述传感器的传感光纤温度T通过下式确定：1T=1T0-khΔν·lnVASR(T)/VSR(T)VASR(T0)/VSR(T0)]]>其中，h是波朗克(Planck)常数，Δv是一光纤分子的声子频率为13.2THz，k是波尔兹曼常数，νASR,νSR分别是反斯托克斯拉曼散射光子与斯托克斯拉曼散射光子的频率。所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT通过下式确定：1/ΔT=(T0-T0a)/T0a*L/La*khΔν*lnVASR(T)/VSR(T)VASR(T0)/VSR(T0)]]>其中，T0为定标光纤的温度，T0a为分布式光纤拉曼温度传感器温度校准时定标光纤的温度，L为传感测器温点的距离，La为传感器测温总长度，h是波朗克常数，Δν是光纤分子的声子频率，k是波尔兹曼常数。所述传感器的传感光纤的最终温度为所述传感器的传感光纤温度T与所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT之和。当所述分布式光纤拉曼温度传感器长25千米时，其包含一段长度为180m的定标光纤；在所述定标光纤为25℃时，对所述传感光纤进行温度校准，校准之后的温度误差小于±1℃。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果1、本专利技术的技术方案克服了由于测温主机所处环境温度的变化造成的定标光纤的温度发生变化，解决了最终导致系统测温准确性下降，又使解调后的温度曲线变形的问题；2、本专利技术的技术方案对温度数据进行温度适应性的修正，保证测温设备的温度适应性和测温的准确性；3、本专利技术的技术方案没有增加硬件成本，节省财力；4、本专利技术的技术方案提高了分布式光纤温度传感器的环境适应范围；5、本专利技术的技术方案在改善之后，分布式光纤温度传感器可以较好的满足实际工程应用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的光纤拉曼温度传感器结构示意图；图2为本专利技术技术方案提供的方法流程图；其中，1-激光器，2-光波分复用器，3-光电转换器，4-数据采集器，5-CPU处理器，6-定标光纤，7-传感光纤。具体实施方式下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。实施例1：本例的专利技术提供一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，如图2所示，包括:确定所述传感器的传感光纤温度T；确定所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT；根据所述传感器的传感光纤温度T和所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT确定所述传感器的传感光纤的最终温度。分布式光纤拉曼温度传感器处在一个恒定的温度下，此时定标光纤的温度记为T0a，传感光纤总长度记为La，在该温度条件下对传感器进行温度校准，保存所述传感器的参数。更换分布式光纤拉曼温度传感器所处环境温度，保持所述传感器的参数不变，此时定标光纤的温度记为T0，使用公式(2)计算传感光纤的每一个点的温度T。使用公式(6)计算出传感光纤的每一个点的温度差ΔT，最终传感光纤的温度TM：TM＝T0+ΔT在分布式光纤拉曼温度传感器中为了提高温度适应性，本专利技术公开的是在传感器的温度计算过程中给出一个温度适应性函数ΔT[n(L*T0)]，是与定标光纤的温度和测量距离相关的函数，通过它克服了由于测温主机所处环境温度的变化，而造成的定标光纤的温度发生变化，并最终导致传感器测温准确性下降，又使解调后的温度曲线变形。为此，在解调过程中，必须在对温度数据进行温度适应性的修正，保证测温设备的温度适应性和测温的准确性。如附图1所示，分布式光纤拉曼温度传感器，包括1-激光器，2-光波分复用器，3-光电转换器，4-数据采集器，5-CPU处理器，6-定标光纤，7-传感光纤。一般的除传感光纤7铺设在现场，其它部件将被装配在一个机箱内。分布式光纤拉曼温度传感器的测温原理：光纤脉冲激光器1发出激光脉冲通过集成型光纤波分复用器2射入本征型感温光纤，激光与光纤分子的非线性相互作用，入射光子放出一个13.2THz的高频声子称为斯托克斯拉曼散射光子，吸收一个13.2THz高频声子称为反斯托克斯拉曼散射光子，光纤分子的高频声子频率为13.2THz。光纤分子能级上的粒子数热分布服从波尔兹曼定律。分布式光纤拉曼温度传感器中入射到光纤的激光光波波长为λ0，频率为ν0，使用光纤的斯托克斯拉曼散射波和反斯托克斯拉曼散射波强度的信号电压比来检测光纤的温度，采用双通道解调方法，用斯托克斯拉曼OTDR曲线来解调反斯托克斯拉曼OTDR曲线，通过测定光纤上每点的反斯托克斯拉曼散射光与斯托克斯拉曼散射光的强度信号电压的比值R(T)，即VASR/VSR来确定光纤的温度T。R(T)=[νASRνSR]4e-(hΔνkT)---(1)]]>其中，νASR,νSR分别是反斯托克斯拉曼散射光子与斯托克斯拉曼散射光子的频率，h是波朗克(Planck)常数，Δν是一光纤分子的声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，其特征在于：包括下述步骤:确定所述传感器的传感光纤温度T；确定所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT；根据所述传感器的传感光纤温度T和所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT确定所述传感器的传感光纤的最终温度。

【技术特征摘要】
1.一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，其特征在于：包括下述步骤:确定所述传感器的传感光纤温度T；确定所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT；根据所述传感器的传感光纤温度T和所述传感器的传感光纤的误差温度ΔT确定所述传感器的传感光纤的最终温度。2.如权利要求1所述的一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，其特征在于：在确定所述传感器的传感光纤温度T前还包括：将所述分布式光纤拉曼温度传感器处在一个恒定的温度下，记此时定标光纤的温度为T0a和传感光纤总长度记为La；在该温度条件下对所述传感器进行温度校准，保存所述传感器的参数；更换所述分布式光纤拉曼温度传感器所处环境温度，保持所述传感器的参数不变，记更换环境温度后的定标光纤的温度记为T0。3.如权利要求2所述的一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，其特征在于：通过所述传感器的传感光纤的斯托克斯拉曼散射波和反斯托克斯拉曼散射波强度的信号电压比来检测所述传感光纤的温度T。4.如权利要求3所述的一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法，其特征在于：当所述斯托克斯拉曼光子和反斯托克斯拉曼散射光子不参杂其它杂散光时，所述传感器的传感光纤温度T通过下式确定：1T=1T0-khΔv·lnVASR(T)/VSR(T)VA...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷煜卿，陈希，汪洋，张睿汭，史振国，张永臣，刘伟，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网四川省电力公司，威海北洋光电信息技术股份公司，
类型：发明
国别省市：北京;11