[发明专利]分布式光纤测温方法

权利要求书

1.一种分布式光纤测温方法，其特征在于,包括以下步骤： 

a．利用预先测量好的光纤的多组光强比和温度数据，使用正交多项式回归方法进行拟合，获得拟合曲线，建立正交多项式模型； 

b．测量光纤被测位置的光强数据，利用所述光强数据，基于拉曼散射理论模型计算出第一温度，并利用所述正交多项式模型计算出第二温度，基于所述第一温度和所述第二温度确定被测位置的温度； 

其中，基于拉曼散射中反斯托克斯光和斯托克斯光的光强比满足以下公式： 

其中，v是激光脉频率，vi是振动频率，h是普朗克常数，k是玻尔兹曼常数，T是第一温度； 

步骤a中，对于多组光强比和温度数据，设第i组的光强比和温度I_i、T_i的误差分别为σ_i、γ_i，拟合函数模型表示为: 

其中，为假定的光强比和温度的真实值，a为多项式常系数，第i组的光强比和温度与其拟合曲线距离残差为： 

按最小二乘法原理拟合，拟合的准则为所有实测光强比和温度数据到拟合曲线的正交距离最小，即满足 

其中，φ为误差平方和，残差r_i是到过拟合曲线某点切线的垂直距离。 

2.如权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,步骤a中，根据所述多组光强比和温度数据，按照以下式确定正交多项式拟合曲线的多项式系数： 

光强比和温度拟合曲线的观测方程表示为： 

其中u_Ii、u_Ti分别为光强比和温度的误差改正数，令多项式系数关于u_Ii、u_Ti的误差方程为： 

对上式进行线性化得方程： 

其中δ_Ii为I_i与其最或然值的误差，δ_ai为_ai与其最或然值的误差，为a_i的近似值，i为m组数据的下标，j为多项式指数， 

方程组对应的矩阵表达式为： 

其中I_k为k阶单位矩阵，K为k阶对角矩阵，具体如下： 

L₁=0 

对误差方程对应的矩阵表达式进行求解，其中确定多项式系数 

X=(B^TB)^-1B^TL。

3.如权利要求2所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,步骤a中，由间接平差的精度评定方法，得出多项式单位权重误差： 

其中V为方程组矩阵表达式，k为矩阵K阶数，n为多项式最高指数。 

根据所述多项式单位权重误差来确定拟合曲线的精度，以便确定正交多项式最高阶多项式的阶次。 

4.如权利要求1至3任一项所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,所采用的正交多项式的最高阶多项式为5阶。 

5.如权利要求1至4任一项所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,步骤b中，根据下式确定被测位置的温度： 

T_测=(1-p)T₂+pT₁

其中T₁为所述第一温度，T₂为所述第二温度，p为T₁的比例系数即拉曼散射的权重，T _测为被测位置的测量温度，权重p按照误差最小化或达到预定精度的要求来选取。 

6.如权利要求5所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,步骤b中，调节权重p以现场调试优化精度。 

7.如权利要求5所述的分布式光纤测温方法，其特征在于,步骤a中，所述多组光强比和温度数据中的光强数据为实际测得，温度数据通过拉曼散射理论模型计算得到。