[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

说明书

本发明公开了一种面向光纤拉曼温度传感系统的温度解调方法，包括如下步骤：步骤一、搭建上述面向分布式光纤拉曼传感系统的高精度温度检测装置；步骤二、定标阶段Stokes光和anti‑Stokes光的信号处理；步骤三、测量阶段Stokes光和anti‑Stokes光的信号处理；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。本发明设计合理，有效解决了现有分布式光纤拉曼测温系统中的由于瑞利光串扰导致系统的测温精度低的问题，有望使其测温精度达到±0.1℃以内，适用于分布式光纤拉曼测温系统。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统中的温度解调领域，具体是一种面向分布式光纤拉曼传感器的高精度温度解调方法。

背景技术

分布式光纤传感器是工业数据的来源，是实现智能化转型升级的基础。光纤传感技术具备大范围连续监测、加工空间精确定位、故障及时准确诊断以及良好的扩展升级能力，可应付结构复杂、功能日新月异的智能制造需求。由于传统电子传感系统接线繁复，系统使用过程中易受电磁干扰、雷击、潮湿天气干扰等各种问题，所以在诸多智能制造关键领域未能被广泛应用，连续精密测量亦无法普及。故此，新型光纤传感技术已经成为实现智能制造与工业生产链条网络化的关键技术。

在分布式光纤拉曼测温系统中，测温精度是系统性能的重要参数之一。目前分布式光纤拉曼传感器的测温精度基本维持在±1℃，但是随着科学技术的发展，一些工业监控领域对光纤传感系统的测温精度提出了更高方面的要求，例如石化反应堆、智能电网、隧道渗水的温度监测领域，要求测温精度需达到±0.1℃。在分布式光纤拉曼测温系统中，温度解调方法是实现光纤沿线温度高精度在线监测的关键技术。目前常用的温度解调方法是利用Stokes后向散射光作为参考通道，利用anti-Stokes后向散射光作为信号通道，然后利用这两种后向散射光的光强比值来解调光纤沿线的温度信息。但是光纤中的Stokes和anti-Stokes散射信号非常微弱，散射信息基本完全淹没在噪声中。系统是通过拉曼波分复用器(WDM)将anti-Stokes和Stokes信号分离出来，如果WDM不能很好地实现滤光作用，那么会有部分的瑞利散射光掺杂在拉曼散射光中，由于anti-Stokes信号强度过于微弱，残留的瑞利散射光成分将会成为系统严重的噪声干扰。目前，实际工程中使用的拉曼波分复用器通常能提供35～40dB的隔离度，已经基本达到人们对高隔离度的要求。对于光纤中的布里渊散射光，经过波分复用器后，其强度比拉曼散射光弱了好几个数量级，对系统的温度信息提取已经难以造成干扰，可以忽略不计，因此这部分未被WDM滤掉的瑞利散射光会和anti-Stokes散射光一同输出，并通过光电探测器和数据采集卡，此时系统采集到的数据实际包含两种成分：anti-Stokes散射信号和瑞利散射信号。这种情况下，使用系统检测的数据直接进行温度解调显然会受到瑞利光噪声的影响，与真实情况存在一定程度的误差，使其测温精度难以达到±0.1℃，要想进一步提高系统的测温精度，必须提出针对性的数据处理算法，因此，消除瑞利噪声的干扰已经成为实现光纤沿线高精度检测的关键技术问题。

基于此，有必要发明一种全新的温度解调方法，以解决瑞利噪声对光纤拉曼传感系统温度解调的影响，导致系统测温精度降低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统由于瑞利噪声干扰等现象导致系统测温精度急剧下降的问题，提出了一种面向分布式光纤拉曼温度传感系统的高精度温度解调方法，使其测温精度有望达到±0.1℃。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种面向光纤拉曼温度传感系统的温度解调方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建上述面向分布式光纤拉曼传感系统的高精度温度检测装置