一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法技术方案

本发明专利技术涉及一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法，所述系统包括依次连接的脉冲光纤激光器、波分复用器、光电接收模块、数据采集卡、和数据处理单元；所述波分复用器通过定标光纤与光开关连接；所述光开关通过两条温度调整标定光纤与传感光纤首尾连接；所述脉冲光纤激光器与所述数据采集卡相连接。本发明专利技术的技术方案省略手动对光纤拉曼温度传感器温度校准的过程，使用更加方便，为工程使用带来了巨大便利。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及光纤拉曼温度传感
，更具体涉及一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法。
技术介绍
：光纤拉曼温度传感器是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感产品，该系统利用拉曼散射效应和OTDR技术实现对敏感光纤所处温度场的分布式测量，与传统的电温度传感器相比，光纤拉曼温度传感器具有灵敏度高、能够抗电磁干扰、重量轻、寿命长等优点，因此可以广泛应用于电力电缆、地铁隧道、煤矿巷道、石油储罐以及大型建筑的温度监控和火灾报警中。虽然光纤拉曼温度传感器的研究已相对成熟，但仍存在一些实际问题，目前影响工程实际应用的问题是每一台光纤拉曼温度传感器都需要进行现场温度校准，部分应用场合现场进行温度校准十分不便，给现场施工带来了非常大的难度，光纤拉曼温度传感器温度校准问题亟待解决。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法，省略手动对光纤拉曼温度传感器温度校准的过程，使用更加方便，为工程使用带来了巨大便利。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，包括依次连接的脉冲光纤激光器、波分复用器、光电接收模块、数据采集卡、和数据处理单元；所述波分复用器通过定标光纤与光开关连接；所述光开关通过两条温度调整标定光纤与传感光纤首尾连接；所述脉冲光纤激光器与所述数据采集卡相连接。所述脉冲光纤激光器发出的光经所述波分复用器的com端再经所述定标光纤进入所述光开关；所述光开关经所述温度调整标定光纤进入传感光纤。所述光开关在数据采集卡的控制下完成通道切换；所述传感光纤中产生的后向拉曼散射光经所述波分复用器分成斯托克斯和反斯托克斯光；所述光电接收模块包括两个分别接收背向拉曼反斯托克斯和斯托克斯散射信号的光电接受模块。所述光电接收模块的输出端与所述数据采集卡的两路输入端相连接；所述数据采集卡采集的数据通过PCI接口上传至数据处理单元。所述定标光纤放置于温度为25℃的恒温装置内。所述温度调整标定光纤分别放置于温度为45℃和60℃的恒温装置内。一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统的校准方法，包括以下步骤：(1)数据采集卡控制光开关选通光开关的通道一，同时数据采集卡触发脉冲激光器并开始采集数据，记录此时的定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值；(2)数据采集卡控制所述光开关选通光开关的通道二，同时数据采集卡触发脉冲激光器并开始采集数据，记录此时的定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值；(3)根据所述定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值，确定光纤拉曼温度传感器的噪声系数a和b。在所述步骤(1)之前还包括：选择长度小于10km的多模传感光纤接入光纤拉曼温度传感器；判断所述定标光纤的温度值是否分别达到25℃；判断所述温度调整标定光纤的温度值是否分别达到45℃和60℃。所述采集通道一的数据由采集卡上传至数据处理单元并进行暂存，采集卡停止采集；所述采集通道二的数据由采集卡上传至数据处理单元并进行暂存，采集卡停止采集。在所述噪声系数a和b确定之后，该参数值被保存下来，且掉电不丢失，所述测温系统在每次重启运行之后都需要重新获取噪声系数a和b。所述噪声系数a和b通过下式确定：1T1=a*(1T0-khΔν·lnVASR(T1)/VSR(T1)VASR(T0)/VSR(T0))+b1T2=a*(1T0-khΔν·lnVASR(T2)/VSR(T2)VASR(T0)/VSR(T0))+b]]>其中，T0为定标光纤温度、T1为与光开关通道一相连的温度调整标定光纤温度、T2为与光开关通道二相连的温度调整标定光纤温度、VASR(T0)为定标光纤处反斯托克斯信号幅值、VSR(T0)为定标光纤处斯托克斯信号幅值、VASR(T1)为与光开关通道一相连的温度调整标定光纤处反斯托克斯信号幅值、VSR(T1)为与光开关通道一相连的温度调整标定光纤处斯托克斯信号幅值、VASR(T2)为与光开关通道二相连的温度调整标定光纤处反斯托克斯信号幅值、VSR(T2)为与光开关通道二相连的温度调整标定光纤处斯托克斯信号幅值、h是波朗克常数、Δν是一光纤分子的声子频率为13.2THz、k是波尔兹曼常数。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解决因斯托克斯和反斯托克斯信号的噪声引起的传感光纤温度偏移；2、本专利技术的技术方案实现温度自动校准的目的；3、本专利技术的技术方案是结构合理、测量精度高、硬件成本低的温度自校准方案；4、本专利技术的技术方案特别适用于应用现场不易进行温度校准的场合；5、本专利技术的技术方案。附图说明图1为本专利技术实施例提供的系统结构示意图；其中，1-脉冲光纤激光器、2-波分复用器、3-定标光纤、4-光开关、5-温度调整标定光纤、6-传感光纤、7-光电接收模块、8-数据采集卡、9-数据处理单元。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实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法，所述系统包括脉冲光纤激光器1、波分复用器2、1*2光开关4、定标光纤3、温度调整标定光纤5、光电转换模块7、数据采集卡8、数据处理单元9和传感光纤6。所述脉冲光纤激光器1发出的脉冲光经波分复用器2的com端进入定标光纤3，经定标光纤3后进入1*2光开关4，1*2光开关4后进入温度调节标定光纤5，最后光脉冲进入传感光纤6。其中定标光纤3处在一个密封的恒温盒内，恒温盒温度为25℃；温度调整标定光纤放5置在另外的密封恒温盒内，恒温盒温度分别为45℃和60℃。光脉冲进入传感光纤6后产生自发拉曼散射，其中后向拉曼散射光返回传感器光路经波分复用器2分离出斯托克斯拉曼光和反斯托克斯拉曼光并进入光电转换模块7中，光电转换模块7经数据采集卡8实现模数转换并将采集的数据上传至数据处理单元9。本专利技术中光开关4通道由采集卡进行控制，后向拉曼散射光信号经光电转换后经采集卡将数据上传数据处理单元9。测温系统通过采集卡切换光开关4控制激光脉冲从光开关不同通道进入传感光纤9。当光脉冲经光开关4的通道1进入温度调节标定光纤5时光脉冲从传感光纤9的首端发射至末端，当光脉冲经光开关4的通道二进入温度调节标定光纤5时光脉冲从传感光纤9的末端发射至首端。其中所述脉冲光纤激光器1中心波长为1550nm，脉冲宽度10ns，重复频率5KHz，峰值功率25W，所述1*2光开关4中心波长1550nm，插入损耗<1dB，所述的波分复用器2由中心波长1450nm的后向拉曼反斯托克斯散射光宽带滤波片、中心波长1660nm的后向拉曼斯托克斯散射光宽带滤波片和瑞利散射光滤波片构成，所述的数据采集卡8采样率为100MSPS。所述方法包括以下步骤：步骤一：选择长度小于10km的50/125um多模传感光纤接入光纤拉曼温度传感器。步骤二：读取定标光纤3的温度值是否分别达到25℃和读取温度调整标定光纤5的温度值是否分别达到45℃和60℃，一般的传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：包括依次连接的脉冲光纤激光器、波分复用器、光电接收模块、数据采集卡、和数据处理单元；所述波分复用器通过定标光纤与光开关连接；所述光开关通过两条温度调整标定光纤与传感光纤首尾连接；所述脉冲光纤激光器与所述数据采集卡相连接。

【技术特征摘要】
1.一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：包括依次连接的脉冲光纤激光器、波分复用器、光电接收模块、数据采集卡、和数据处理单元；所述波分复用器通过定标光纤与光开关连接；所述光开关通过两条温度调整标定光纤与传感光纤首尾连接；所述脉冲光纤激光器与所述数据采集卡相连接。2.如权利要求1所述的一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述脉冲光纤激光器发出的光经所述波分复用器的com端再经所述定标光纤进入所述光开关；所述光开关经所述温度调整标定光纤进入传感光纤；所述光开关在数据采集卡的控制下完成通道切换；所述传感光纤中产生的后向拉曼散射光经所述波分复用器分成斯托克斯和反斯托克斯光；所述光电接收模块包括两个分别接收背向拉曼反斯托克斯和斯托克斯散射信号的光电接受模块。3.如权利要求1或2所述的一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述光电接收模块的输出端与所述数据采集卡的两路输入端相连接；所述数据采集卡采集的数据通过PCI接口上传至数据处理单元。4.如权利要求1所述的一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述定标光纤放置于温度为25℃的恒温装置内。5.如权利要求1所述的一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述温度调整标定光纤分别放置于温度为45℃和60℃的恒温装置内。6.一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统的校准方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)数据采集卡控制光开关选通光开关的通道一，同时数据采集卡触发脉冲激光器并开始采集数据，记录此时的定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、
\t定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值；(2)数据采集卡控制所述光开关选通光开关的通道二，同时数据采集卡触发脉冲激光器并开始采集数据，记录此时的定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值；(3)根据所述步骤(1)和步骤(2)记录的定标光纤温度、温度调整标定光纤温度、定标光纤信号幅值和温度调整标定光纤信号幅值，确定光纤拉曼温度传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷煜卿，汪洋，仝杰，丁慧霞，史振国，张永臣，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，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