[发明专利]消除分布式拉曼测温系统波长色散的自修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除分布式拉曼测温系统中波长色散影响的方法，具体的说是在采集的数据中选择斯托克斯光和反斯托克斯光各自所对应的光纤位置相近的数据点，消除分布式拉曼测温系统中色散对空间分辨率和温度精度的不利影响。

背景技术

近年来，基于拉曼散射的分布式光纤测温系统得到了较快发展，并且逐渐地商业化。与传统的电子温度传感器相比，分布式光纤测温系统具有抗电磁干扰、耐高压、精度高、结构简单等优点，所以被广泛地应用于电力电缆温度监测、结构健康监测、大坝泄露监测等领域。目前，系统空间分辨率达到1m，测温精度0.5℃，基本能满足大部分工程应用的需求。

为了消除激光管输出的不稳定、光纤弯曲、接头的损耗等影响，提高测温准确度，在系统设计中，采用双通道双波长比较的方法，即对反斯托克斯光和斯托克斯光分别进行采集，利用两者强度的比值解调温度信号。分布式测温系统根据光时域反射（OTDR）原理实现系统的空间定位，即通过高速数据采集卡采集技术测量入射光和拉曼散射光之间的时间间隔，可以得到散射光发生的位置，进而获取整条光纤的温度分布状况。

由于光纤中拉曼散射频移为13.2THz，所以反斯托克斯光和斯托克斯光的波长差约为200nm。受到光纤中色散的作用，两路散射光在光纤中的传播速度不同，当数据采集卡对两路信号的采样频率完全一致时，造成采集到的两路数据点并非对应于光纤中的同一位置，在进行比值计算然后获取温度信息时，就会发生数据点错位，从而降低了系统的空间分辨率和测温精度。在发明专利CN101975625 A“分布式光纤温度传感系统及测量方法”中，提到传统方法是加入不同长度的匹配光纤，对因速度不同造成的时间误差进行补偿，但是该方法只能对某一具体长度处的数据进行补偿，而这种由于色散引起的两路信号时间差是处处存在的，所以该方法具有一定的局限性，而且操作比较复杂，很难精确补偿长度差别。

发明内容

本发明的目的是针对现有分布式拉曼测温系统的缺陷和不足，提出了一种自修正方法以消除波长色散对系统空间分辨率及温度精度的影响。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种消除分布式拉曼测温系统波长色散的自修正方法，通过以下测温系统来实现，该系统包括脉冲激光器、1×3波分复用器（WDM）、传感光纤、双通道的APD光电探测器、双通道数据采集卡和计算机，其中脉冲激光器与1×3WDM的输入端相连，传感光纤与1×3波分复用器的com端相连，1×3波分复用器的两个输出端分别接双通道APD光电探测器的输入端，双通道APD光电探测器的输出端分别连接到双通道数据采集卡，双通道数据采集卡通过网线与计算机相连；脉冲激光器发出的脉冲光通过1×3波分复用器进入传感光纤并进入测温现场，经测温现场沿传感光纤返回传输的散射光再进入1×3波分复用器，经1×3波分复用器中进行滤光输出斯托克斯光和反斯托克斯光，分别进入双通道APD光电探测器进行光电转换，由双通道数据采集卡进行电压放大、累加平均，双通道数据采集卡将数据通过网口传输到计算机，通过计算机进行数据处理和分析，得到光纤所在测温现场的温度信息，该方法步骤如下：

1）搭建好分布式光纤拉曼测温系统，系统所用激光器为1550nm脉冲激光器，脉冲宽度为10ns，传感光纤为62.5/125多模渐变型光纤，双通道数据采集卡采样率为100MHz；

2）开启系统，由计算机计算出反斯托克斯光和斯托克斯光的速度，速度计算所依据的公式和条件如下：

在0.2~4.0μm波长范围内，石英光纤的纤芯折射率与波长的关系为