本发明专利技术将和提供了一种高温度分辨率和高检测速率的分布式光纤温度测量方法，涉及光纤信号检测技术领域。其方法包括以下步骤：S11、将探测光脉冲注入探测光纤，得到后向拉曼散射光信号曲线，解调得到t1时刻光纤上的温度分布曲线；S12、利用微波频率综合器驱动单边带调制器，对输出光脉冲的频率以1MHz的步长进行等间隔调制，得到多组频率下的后向瑞利散射信号；S13、解调出温度的变化值，t1时刻的温度叠加温度的变化值得到t2时刻的温度曲线。本发明专利技术的特点是将OTDR系统与COTDR系统相结合，不仅具有很高的温度测量的分辨率，也加快了解调速率，提高了系统响应速率。提高了系统响应速率。提高了系统响应速率。
【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率的分布式光纤温度传感方法
[0001]本专利技术属于光纤传感领域，涉及一种分布式光纤温度传感技术。
技术介绍
[0002]本世纪以来，得益于光纤通信技术的迅速发展和持续改进，光纤在各个场合的运用已经日渐广泛。从军方到平民，光纤在人类社会的发展发挥着举足轻重的作用。在另一方面，光纤检测领域也发展得如火如荼，同时对检测技术的要求也更加的高。OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)
‑
光时域反射仪就是最被广泛运用的光纤检测仪器。最开始，这项技术主要被用于测量光纤的长度以及检测它的损耗特性。目前，OTDR多被用于以下领域：长度检测、断点及其位置检测、熔接点检测、衰减系数测量、传播损耗检测、反射系数测量、反射损耗测量等，在光纤领域有着不可获取的作用。
[0003]光纤具有优良的传光特性，光波在其传播时的损耗很低，而且光纤传输光波的频带很宽。初次以外，光纤自身就是一个敏感器件。通过充分利用它一维空间的连续分布特点，能够在铺设光纤的区域内，同时间捕获到被测信息在相应的时间和空间上的分布情况，因此在传感勘测领域发展迅猛、应用广泛。基于以上特性，由光纤作为传感和测量主体的分布式传感系统拥有传统传感器无法比拟的优势，将其取代是未来的发展趋势。
技术实现思路
[0004]传统的分布式光纤传感系统的温度分辨率低且响应时间慢，本专利技术的目的在于提供一种高温度分辨率和响应时间快的OTDR与光移频扫描COTDR结合的光纤测温系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术步骤实现：
[0006]步骤一、将传感光纤(8)放在恒温箱中先收集正常衰减时的后向拉曼散射信号，再通过多项式拟合得到衰减曲线的函数；
[0007]步骤二、利用上位机(1)控制窄线宽激光器(2)将波长为1550nm的探测光经过光环形器(7)注入探测光纤(8)，收集其后向拉曼散射信号；
[0008]步骤三、对采集到的拉曼散射信号进行小波变换、小波分解、多分辨分析、小波重构，以取出信号中的噪声；
[0009]步骤四、通过衰减曲线函数对测量信号进行补偿，并将其解调得到该时刻的温度曲线图；
[0010]步骤五、上位机(1)控制微波频率综合器(3)输出信号在10GHz
‑
12GHz，步进为1MHz的模式下扫频，微波频率综合器(3)通过单边带调制器(4)对窄线宽激光器(2)发出的探测光进行调制；
[0011]步骤六、上位机(1)驱动信号发生器(5)，利用电光调制器(6)将探测光调制成脉冲宽度50ns的脉冲光；
[0012]步骤七、收集不同频率下个后向瑞利散射信号，利用小波变换进行降噪；
[0013]步骤八、对不同频率下的后向瑞利散射曲线进行互相干运算；找到互相关曲线最
大值时对应的频移量得到温度变化，以步骤四得到的温度为基准，求出这一时刻的温度；
[0014]步骤九、重复步骤五、六、七，实现温度的实时监测。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的系统结构示意图；
具体实施方式
[0016]为了使相关技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，现详细说明如下：
[0017]一种具有高分辨率的分布式光纤温度传感方法包括步骤如下：
[0018]将传感光纤(8)放在恒温箱，利用上位机(1)控制窄线宽激光器(2)将波长为1550nm的探测光注入探测光纤(8)，收集正常衰减时的后向拉曼散射信号；
[0019]通过多项式拟合得到衰减曲线的函数；
[0020]利用上位机(1)控制窄线宽激光器(2)将波长为1550nm的探测光注入探测光纤(8)，用1*2分光器(9)将后向散射光分成两束，其中拉曼散射光(10)通过波分复用器(12)分为斯托克斯光(13)和反斯托克斯光(14)；
[0021]斯托克斯光(13)和反斯托克斯光(14)经过光电二极管(15)，将光信号转换为电信号，被数据采集卡(16)采集保存到上位机(1)；
[0022]利用小波变换对信号进行降噪处理；
[0023]将斯托克斯光作为参考信号，对反斯托克斯光进行解调，相关公式如下：
[0024][0025]其中，T0为参考温度，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常量，Δv是拉曼频移，P
as
为反斯托克斯光，P
s
是斯托克斯光。
[0026]利用衰减曲线对测量数据进行补偿，消除衰减导致的温度漂移；
[0027]解调得到t1时刻温度曲线；
[0028]上位机(1)控制微波频率综合器输出信号在10GHz
‑
12GHz，步进为1MHz的模式下扫频,微波频率综合器(3)通过单边带调制器(4)对窄线宽激光器(2)发出的探测光进行调制；
[0029]上位机(1)驱动信号发生器(5)，利用电光调制器(6)将探测光调制成脉冲宽度50ns的脉冲光；
[0030]用1*2分光器(9)将后向散射光分成两束，其中瑞利散射光(11)经过光电二极管(15)，将光信号转换为电信号，被数据采集卡(16)采集保存到上位机(1)；
[0031]利用小波变化对信号降噪；
[0032]在不同频率下，对瑞利散射曲线进行互相关运算，公式如下：
[0033][0034]其中：
[0035][0036]找到互相关曲线最大值时对应的频移量得到温度变化，频移量与温度变化值的关系如下：
[0037]Δv≈
‑
v0(ρ
T
+c
T
)ΔT
ꢀꢀ
(4)
[0038]ρ
T
+c
T
≈6.92
×
10
‑6/℃
ꢀꢀ
(5)
[0039]已知t1时刻温度和温度的变化量，求得此时t2时刻的温度。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温度分辨率和高检测速率的分布式光纤测温传感方法。系统器件包括：上位机、窄线宽激光器、数据传输线、微波频率综合器、单边带调制器、信号发生器、电光调制器、光环形器、波分复用器、光电二极管、数据采集卡、传感光纤。其特征在于，包括步骤：利用上位机(1)控制窄线宽激光器(2)将波长为1550nm的探测光经过光环形器(7)注入探测光纤(8)，收集其后向拉曼散射信号,解调得到t1时刻光纤上的温度分布曲线；利用微波频率综合器(3)驱动单边带调制器(4)，对输出光脉冲的频率以1MHz的步长进行等间隔调制，信号发生器(5)驱动电光调制器(6)将探测光调制成脉冲宽度50ns的脉冲光注入探测光纤(8)，得到多组频率下的后向瑞利散射信号；解调出温度的变化值，t1时刻的温度叠加温度的变化值得到t2时刻的温度曲线。2.根据权利要求1所述的解调得到t1时刻光纤上的温度分布曲线，其特征在于，包括以下步骤：将传感光纤(8)放在恒温箱中先收集正常衰减时的后向拉曼散射信号，再通过拟合得到衰减曲线的函数；将传感光纤(8...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓霞，明行，代志勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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