[发明专利]拉曼光纤温度传感系统及其噪声补偿方法

说明书

本发明涉及传感技术领域，公开一种拉曼光纤温度传感系统及其噪声补偿方法，以考虑波分复用等环节所引入的噪声实现对整体光纤段测量结果的数据矫正。本发明的技术方案中，将采集光纤上同一点在不同测量温度下斯托克斯光与反斯托克斯光的比值与的比值N₀(T)看作恒定常数与噪声补偿函数的乘积；然后选取两测温参考段，借助两参考段的测量数据来求解系数B，得到系数B后，对光纤上每个点，得到温度解调公式。进一步的，本发明还可结合光纤距离损耗系数，实现对整体光纤段测量结果更精确的数据矫正。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种拉曼光纤温度传感系统及其噪声补偿方法。

背景技术

伴随经济的不断发展，为了能最大限度提高空间利用率，越来越多的企业选择使用立体仓库来存放其货品。立体仓库采用多层货架，货物被放置于货架上的各个货位中，仓库采用自动化物料搬运设备进行货物的入库出库作业，系统结构具有高度的机械化、自动化特点。由于立体仓库内货物容纳多，仓库的单位面积火灾载荷普遍偏高，且危险化学品由于其易燃易爆，具有腐蚀性等特点，在发生事故后会造成更为巨大的损失。而不同危化品在出现失火情况时的灭火方式也有不同要求，为保证安全生产，针对危化品的立体仓库在货物分类放置的同时对温度监管及高温点定位有着更高的要求。

现有针对立体仓库的温度监管系统多以点式温度探测器为主，单个探测器的监测范围有限且需要进行繁琐的监控点布网设计，分布式光纤传感器是近年发展起来的实时、连续测量空间温度场的测量技术。设备将光纤作为信息传感部件，光纤传感器所具有的便于铺设、安全等特点使得其被广泛应用于地铁、输油管路、危化品库房等地的温度监管。

基于拉曼散射的分布式光纤传感器借助了光的拉曼散射原理。光在光纤中传播时，由于拉曼散射的原因产生频率不同的散射光，其中高于入射光频率的散射光被称为反斯托克斯光，而低于入射光频率的散射光则被称为斯托克斯光。散射生成的反斯托克斯光强度与产生散射处的温度有一定关系，可以通过测量散射光功率的方式，结合光时域反射(OTDR)技术实现对一条光纤上各点处的温度采集。

然而，基于拉曼散射的测温技术存在一定不足，由于拉曼散射生成的散射光光强极弱，设备内部雪崩光电二极管(APD)转换所得的电信号中除去携带温度信息的反斯托克斯光信号外还掺杂有其他噪声，目前普遍采用累加平均的方式来提高信号信噪比，但累加平均仅对白噪声有一定去噪作用，难以解决波分复用等环节所引入的噪声；此外，检测信号在这一光-电转换过程中由于APD电路偏置电压、工作温度等各环境因素的影响，光信号转换为电信号后引入部分误差，此误差与被检测光强度有关。这些噪声都会导致最终测量温度与实际温度之间产生偏差，应予以分析研究。

发明内容

本发明的目的在于公开一种拉曼光纤温度传感系统及其噪声补偿方法，以考虑波分复用等环节所引入的噪声实现对整体光纤段测量结果的数据矫正。

为实现上述目的，本发明公开一种拉曼光纤温度传感系统的噪声补偿方法，包括：

将采集光纤上同一点在不同测量温度下斯托克斯光与反斯托克斯光的比值与的比值N₀(T)看作恒定常数与噪声补偿函数的乘积；

N₀(T)＝A*exp(B/x)

上式中，P_as、P_s分别为斯托克斯光、反斯托克斯光信号测量值；

选取两测温参考段，借助两参考段的测量数据来求解系数B；具体包括：将两温度参考段放置于不同温度的环境中，分别记为T₁、T₂，两参考段的反斯托克斯光与斯托克斯光信号的比值各记为γ₁、γ₂；则有：