[发明专利]一种面向分布式光纤拉曼传感器的高精度温度解调方法

权利要求书

1.一种面向分布式光纤拉曼传感器的高精度温度解调方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、搭建面向分布式光纤拉曼传感系统的高精度温度检测装置，包括脉冲激光器(1)，脉冲激光器(1)的输出端与WDM(2)的输入端连接；WDM(2)的2个输出端分别与第一APD(4)和第二APD(5)的输入端连接；第一APD(4)的输出端与第一LNA(6)的输入端连接；第二APD(5)的输出端与第二LNA(7)的输入端连接；第一LNA(6)和第二LNA(7)的输出端与数据采集卡(8)的输入端连接；数据采集卡(8)的输出端与计算机(9)的输入端连接；WDM(2)的公共端与待测传感光纤(3)的输入端连接；

步骤二、定标阶段Stokes光和anti-Stokes光的信号处理

脉冲激光器发出的激光脉冲经WDM入射到待测传感光纤，激光脉冲在多模传感光纤中传播时发生自发拉曼散射，由此使得待测传感光纤的各个位置均产生的Stokes光和anti-Stokes光；其中在光纤中产生的后向Stokes光和anti-Stokes光经WDM首先分别到达第一APD、第一LNA和第二APD、第二LNA进行光电转换和放大，最后进入数据采集卡和计算机进行数据采集得到光纤沿线的Stokes光和anti-Stokes光的位置和光强信息；

在测温前，将全部待测传感光纤放置在恒温下进行定标处理，定标阶段总共进行两次定标过程；数据采集卡第一次定标阶段得到anti-Stokes光和Stokes光的后向散射光强曲线，其光强比值表示为：

式中，K_s、K_a和K_r为与光纤散射端截面有关的系数，V_s、V_a和V₀为斯托克斯光、反斯托克斯光和入射光的频率，h、k分别为普朗克常数和玻尔兹曼常数，Δv为光纤的拉曼频移量，取值为13.2THz，α_s、α_a、α₀分别为Stokes光、anti-Stokes光和瑞利散射光在光纤中单位长度下的衰减系数；T_c0表示第一次定标阶段待测传感光纤的温度值；l表示该位置与待测传感光纤的前端之间的距离，P₀为入射光的强度；

数据采集卡第二次定标阶段得到anti-Stokes光和Stokes光的后向散射光强曲线，其光强比值表示为：

式中，T_c1表示第二次定标阶段待测传感光纤的温度值；

步骤三、测量阶段Stokes光和anti-Stokes光的信号处理

数据采集卡测量阶段得到anti-Stokes光和Stokes光的后向散射光强曲线，其光强比值表示为：

式中，T表示测量阶段待测传感光纤l处的温度值；

步骤四、面向分布式光纤拉曼传感系统的高精度温度解调方法

公式(3)减去公式(1)可得：

公式(3)减去公式(2)可得：

公式(4)与公式(5)做比值可得：

公式(6)化解后可得

2.根据权利要求1所述的一种面向分布式光纤拉曼传感器的高精度温度解调方法，其特征在于：所述脉冲激光器的波长为1550nm、脉宽为10ns、重复频率为8KHz；

所述WDM的工作波长为1550nm/1450nm/1663nm；

所述第一APD和第二APD的带宽为100MHz、光谱响应范围为900～1700nm；

所述第一LNA和第二LNA的带宽为100MHz；

所述数据采集卡的通道数为4、采样率为100M/s、带宽为100MHz；

所述待测传感光纤为普通多模光纤。