本发明专利技术涉及分布式光纤温度传感技术领域，具体地说，涉及一种拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统及方法。其包括：检测光纤、脉冲激光器、波分复用器、光电探测器以及计算单元；检测光纤具有位于恒温环境下的参考光纤段，计算单元用于基于参考光纤段任一点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量以及测量点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量，获取测量点处的温度。本发明专利技术的方法基于上述系统实现。本发明专利技术能够较佳地提升温度测量的准确度。够较佳地提升温度测量的准确度。够较佳地提升温度测量的准确度。
【技术实现步骤摘要】
拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统及方法
[0001]本专利技术涉及分布式光纤温度传感
，具体地说，涉及一种拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统及方法。
技术介绍
[0002]分布式光纤温度传感技术是近年来发展起来的利用光纤内的拉曼散射效应实现大范围内空间温度分布实时连续监测的传感技术。与传统的温度检测方法相比，分布式光纤温度传感技术具有抗电磁干扰、长距离大范围温度监测等优势，被广泛用于道路隧道安全、油气管道泄露、火灾监测预警等领域。
[0003]光在光纤中传输时发生拉曼散射效应，产生斯托克斯拉曼散射光和反斯托克拉曼散射光。分布式光纤温度传感系统(Distributed temperature fiber sensors， DTS)多以斯托克拉曼散射光作为参考光、反斯托克斯光作为信号光，采用散射光强度比值法结合光时域反射技术对各个散射点进行温度解调和定位。
[0004]为了提高DTS系统的测温准确度，现有技术进行大量的研究和校正。如：为降低光纤色散对测温误差的影响，提出了光速修正法、3段Hermite插值算法、色散补偿平移算法等；为减少噪声的影响，提出了瑞利噪声抑制算法、光电探测器动态噪声抑制方法小波模最大去噪算法等；为解决斯托克斯光和反斯托克斯光波长相关损耗及由光纤弯曲或所处环境变化产生的附加损耗，提出了双光源修正法、环形光纤结构修正法、拟合衰减差法、温度自补偿等。
[0005]上述的修正方法都能够有效地降低DTS系统的测温误差，但是DTS系统使用散射光强度比值法解调温度时都忽略了作为参考光的斯托克斯光强度的温度响应对测温准确度的影响。
[0006]经研究发现，DTS系统对光纤所处环境进行温度测量时，若被测区域温度升高，光纤中的散射光强度随着温度的升高而增大。当环境温度升高300℃时，反斯托克斯光强变化约237％的同时，斯托克斯光强也变化了34％。光纤中的斯托克斯光强度的局部增大，使得被测区域的反斯托克斯光强度与斯托克斯光强度的比值减小，从而导致解调的温度与实际温度存在偏差。
[0007]为了消除这一测温误差，传统的方法是DTS系统进行温度测量前将整条传感光纤放置在同一温度下测量光纤中的斯托克斯光强分布，以该斯托克斯光强分布作为参考光解调温度。该方法以固定的斯托克斯光强作为参考，无法消除光源抖动的影响。若测量过程中更换传感光纤等设备，斯托克斯光强分布需要重新测量标定，而且测量标定过程中需要将光纤放置在同一温度下，这一标定条件在很多工程应用中难以实现。
技术实现思路
[0008]本专利技术提供了一种拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0009]根据本专利技术的拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统，其包括：
[0010]检测光纤，其用于部署于测温区域处；
[0011]脉冲激光器，其用于产生激光脉冲；
[0012]波分复用器，其用于将所述激光脉冲作为入射光传递至检测光纤处，并用于对检测光纤的背向散射光进行滤波以获取背向斯托克斯拉曼散射光和背向反斯托克斯拉曼散射光；
[0013]光电探测器，其用于将所述背向斯托克斯拉曼散射光和所述背向反斯托克斯拉曼散射光转换为对应的电信号；
[0014]采集单元，其用于采集光电探测器所输出的对应信号；以及
[0015]计算单元，其用于根据采集单元所采集的信号对检测光纤任一点处的背向斯托克斯拉曼散射光和背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量进行计算，并用于计算获取检测光纤任一测量点处的检测温度；
[0016]检测光纤具有位于恒温T0环境下的参考光纤段，计算单元用于基于参考光纤段任一点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量以及测量点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量获取测量点处的温度T；其中，
[0017][0018]其中，k为玻尔兹曼常量，h为普朗克常量，Δv为拉曼频移量。
[0019]通过在检测光纤处设置位于恒温T0环境下的参考光纤段，能够较佳地保证参考光纤段处的背向斯托克斯拉曼散射光不受温度的影响，基于参考光纤段处的背向斯托克斯拉曼散射光能够较佳地实现对检测光纤任一点处的背向斯托克斯拉曼散射光的计算，故而能够较佳地降低因温度变化而对测温准确度所造成的影响。
[0020]作为优选，光电探测器为光雪崩二极管。故而能够较佳地将背向斯托克斯拉曼散射光和背向反斯托克斯拉曼散射光转换为电信号。
[0021]作为优选，参考光纤段设于检测光纤的首段。故而能够较佳地便于实施和控制。
[0022]基于任一上述的系统，本专利技术还提供了一种拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测方法，其包括如下步骤：
[0023]步骤S1、在检测光纤处设置参考光纤段，并设置参考光纤段处于恒温环境中；
[0024]步骤S2、获取参考光纤段任一点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量以及测量点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量
[0025]步骤S3，获取测量点处的温度T，其中，
[0026][0027]其中，k为玻尔兹曼常量，h为普朗克常量，Δv为拉曼频移量。
[0028]通过步骤S1
‑
S3，能够较佳地降低因温度变化而对测温准确度所造成的影响。
[0029]作为优选，光通量和光通量为实测值，实测值为计算单元依据采集单元所采集的对应信号进行转换后获取。故而能够较佳地进行温度的计算。
[0030]作为优选，光通量和光通量为计算值，计算值为计算单元依据如下公式计算获取，
[0031][0032]其中，
[0033]为参考光纤段又一任一点处的背向斯托克斯拉曼散射光的光通量的实测值，l
01
为所述又一任一点至检测光纤首端的长度；
[0034]‑
(α
o
+α
s
)为检测光纤的衰减系数；
[0035]光通量通过代入l＝l0获取，光通量通过带入l＝l
x
获取，l
x
为待测点至检测光纤首端的长度。
[0036]通过上述，即可较佳地基于参考光纤段任一点处的背向斯托克斯拉曼散射光的强度，对检测光纤中任一点的背向斯托克斯拉曼散射光的强度进行推算，由于参考光纤段处于恒温环境下，故能够较佳地避免因对温度的响应而导致的测温误差。
[0037]作为优选，检测光纤的衰减系数
‑
(α
o
+α
s
)通过如下步骤获取：
[0038]步骤SA、构建参考光纤段的每个点的背向斯托克斯拉曼散射光的光通量与对应点至检测光纤首端长度L的计算模型，
[0039][0040]其中，α
o
为入射光在检测光纤中的平均传输损耗，α
s
为背向斯托克斯拉曼散射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统，其包括：检测光纤，其用于部署于测温区域处；脉冲激光器，其用于产生激光脉冲；波分复用器，其用于将所述激光脉冲作为入射光传递至检测光纤处，并用于对检测光纤的背向散射光进行滤波以获取背向斯托克斯拉曼散射光和背向反斯托克斯拉曼散射光；光电探测器，其用于将所述背向斯托克斯拉曼散射光和所述背向反斯托克斯拉曼散射光转换为对应的电信号；采集单元，其用于采集光电探测器所输出的对应信号；以及计算单元，其用于根据采集单元所采集的信号对检测光纤任一点处的背向斯托克斯拉曼散射光和背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量进行计算，并用于计算获取检测光纤任一测量点处的检测温度；检测光纤具有位于恒温T0环境下的参考光纤段，计算单元用于基于参考光纤段任一点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量以及测量点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量获取测量点处的温度T；其中，其中，k为玻尔兹曼常量，h为普朗克常量，Δv为拉曼频移量。2.根据权利要求1所述的拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统，其特征在于：光电探测器为光雪崩二极管。3.根据权利要求1所述的拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测系统，其特征在于：参考光纤段设于检测光纤的首段。4.拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测方法，其包括如下步骤：步骤S1、在检测光纤处设置参考光纤段，并设置参考光纤段处于恒温环境中；步骤S2、获取参考光纤段任一点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量以及测量点处的背向反斯托克斯拉曼散射光的光通量和背向斯托克斯拉曼散射光的光通量步骤S3，获取测量点处的温度T，其中，其中，k为玻尔兹曼常量，h为普朗克常量，Δv为拉曼频移量。5.根据权利要求4所述的拉曼斯托克斯光强动态自校准分布式温度检测方法，其特征在于：光通量和光通量为实测值，实测值为计算单元依据采集单
元所采集的对应信号进行转换后获取。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙苗，张阳，赵晓虎，
申请(专利权)人：合肥师范学院，
类型：发明
国别省市：
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