一种分布式光纤测温方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种分布式光纤测温方法，该方法包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。通过上述方式，可以精确监测出光纤测量点的温度，而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，布设简单，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种分布式光纤测温方法及系统。
技术介绍
目前常用的火灾监测设备为感温电缆型火灾探测器。感温电缆型火灾探测器是将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过固定温度值时，感测电缆被短路。系统仅能一次性使用，不能测出电缆的实际温度值；由于需另设感温电缆，导致电缆数量多，系统安装及维护不方便。特别是对于一些大监测环境，如隧道监测需要对整条隧道进行连续实时监测，并且要求传感器布设方便，能够多次反复使用，系统具有本质安全、抗干扰能力较强等特点。故传统温度监测方法大都有着无法测量实际温度、接线复杂、不适合在隧道铺设等诸多缺点。且目前所用的测温系统均为进口设备，价格昂贵，而国产测温系统还未能大规模应用于实际工程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分布式光纤测温方法及系统，能够准确测量环境温度，且传感器布设简单。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一种技术方案是：提供一种分布式光纤测温方法，包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。其中，在分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。其中，在分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理。其中，对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理的步骤具体包括：选取小波基函数，利用小波基函数对第一电信号和第二电信号进行小波分解得到不同尺度上的小波系数；分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较，若小波系数小于设定的阈值，则去除小波系数，若小波系数大于等于阈值，则保留小波系数；对不同尺度上的小波系数进行重构。其中，小波基函数为f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(x)为第一电信号或第二电信号；n(x)为均值为0，方差为s2的高斯白噪声，d为噪声水平；小波系数的计算公式为Wf(2j,x)，j＝1,2,3…n；其中j为不同尺度，W为加权因子。其中，在分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较的步骤之前还包括：计算位于同一尺度上为正数的小波系数的均值及方差，利用均值及方差确定初始阈值和初始步长；将小波系数和初始阈值进行比较得到大于初始阈值的小波系数的过阈值个数，若过阈值个数大于等于前次尺度的过阈值个数，则将初始阈值加上初始步长，否则将初始阈值减去初始步长；减小初始步长；以此循环计算初始阈值，直到初始步长小于预设值，将此时的初始阈值定义为为正数的小波系数的设定的阈值；以此方法确定位于同一尺度上为负数的小波系数的设定的阈值。其中，第一电信号是第一电压值，第二电信号是第二电压值；通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度的步骤具体包括：由第一电压值以及第二电压值分别获取第一频率光的第一光强以及第二频率光的第二光强；将第一光强和第二光强的比值确定为测量点的测量温度。其中，在获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光的步骤之后还包括：通过返回的拉曼散射光的传输时间以及拉曼散射光的传输速度，确定测量点的位置。其中，对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光的步骤具体包括：将50％的拉曼散射光信号耦合到分光器中，以得到第一频率光以及第二频率光，其中，第一频率光为斯托克斯光，第二频率光为反斯托克斯光。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一种技术方案是：提供一种分布式光纤测温系统，包括：传感光纤、光耦合器、光处理装置、电信号处理装置及警报装置，光耦合器设置在传感光纤的传输路径上，光处理装置与光耦合器连接，电信号处理装置与光处理装置连接，警报装置与电信号处理装置连接；光处理装置包括分光器、第一信号转换单元及第二信号转换单元，第一信号转换单元以及第二信号转换单元分别与分光器及电信号处理装置连接；光耦合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；分光器用于对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；第一转换单元用于对第一频率光进行光电转换，得到第一电信号；第二转换单元用于对第二频率光进行光电转换，得到第二电信号；电信号处理装置用于通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；警报装置用于若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。有益效益：区别于现有技术的情况，本专利技术首先获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光，再对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光，分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号，通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度，最后通过判断测量温度是否符合设定警报温度条件，而发出测量点温度异常的警报。通过上述方式，可以精确监测出光纤测量点的温度，而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，布设简单，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可以精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低整个监测系统的运营成本。附图说明图1是本专利技术分布式光纤测温方法第一实施方式的流程示意图；图2是本专利技术分布式光纤测温方法第二实施方式的流程示意图；图3是图2中步骤S205的具体流程示意图；图4是本专利技术分布式光纤测温系统一实施方式的结构示意图；图5是本专利技术分布式光纤测温系统另一实施方式的结构示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术所提供的一种分布式光纤测温方法及系统做进一步详细描述。如图1所示，本专利技术分布式光纤测温方法第一实施方式，包括：S101：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高温、抗电磁干扰等优点，本实施方式中将光纤本身作为温度传感器来采集温度。适用于隧道火灾监测等，还可以应用于其他对于温度敏感的恶劣环境，在此不做限定。为了对监测点的温度进行测量，激光发生器在传感光纤的起始位置发出激光，该激光在光脉冲调制器的调制作用下，形成设定周期和持续时间的短的脉冲光，该脉冲光在通过光耦合器在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中，由于脉冲光与光纤分子发生相互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光子作用发生能量交换而形成的拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路返回至光耦合器。对应地，通过光耦合器获取传感光纤的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。S102：对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；拉曼散射光在产生的过程中，由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换，一部分光能转换成热振动，产生一个比光源脉冲光波长长的第一频率光，即斯托克斯光，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤测温方法，其特征在于，包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度；若判断所述测量温度符合设定警报温度条件，则发出所述测量点温度异常的警报。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤测温方法，其特征在于，包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度；若判断所述测量温度符合设定警报温度条件，则发出所述测量点温度异常的警报。2.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：对所述第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。3.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：对所述第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理。4.根据权利要求3所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述对所述第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理的步骤具体包括：选取小波基函数，利用所述小波基函数对所述第一电信号和第二电信号进行小波分解得到不同尺度上的小波系数；分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较，若所述小波系数小于所述设定的阈值，则去除所述小波系数，若所述小波系数大于等于所述阈值，则保留所述小波系数；对所述不同尺度上的小波系数进行重构。5.根据权利要求4所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述小波基函数为f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(x)为所述第一电信号或所述第二电信号；n(x)为均值为0，方差为s2的高斯白噪声，d为噪声水平；所述小波系数的计算公式为Wf(2j,x)，j＝1,2,3…n；其中j为不同尺度，W为加权因子。6.根据权利要求5所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较的步骤之前还包括：计算位于同一尺度上为正数的小波系数的均值及方差，利用所述均值及方差确定初始阈值和初始步长；将所述小波系数和所述初始阈值进行比较得到大于所述初始阈值的小波系数的过阈值个数，若所述过阈值个数大于等于前次尺度的过阈值个数，则将所述初始阈值加上所述初始步长，否则将所述初始阈值减去所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏照，文静慧，刘本刚，李建彬，魏嘉，
申请(专利权)人：深圳艾瑞斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44