[发明专利]一种动态温度定标自校准装置及方法

权利要求书

1.一种动态温度定标自校准装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、WDM(2)、第二APD(7)、第二APD(8)、第一LNA(9)、第二LNA(10)、数据采集卡(11)、计算机(12)、第一传感光纤(13)以及动态定标模块装置；

脉冲激光器(1)的输出端与WDM(2)的输入端连接；WDM(2)两个输出端分别与第一APD(7)与第二APD(8)的输入端连接；第一APD(7)的输出端与第一LNA(9)的输入端连接；第二APD(8)的输出端与第二LNA(10)的输入端连接；第一LNA(9)和第二LNA(10)的输出端均与数据采集卡(11)的输入端连接；数据采集卡(11)的输出端与计算机(12)的输入端连接；

WDM(2)的公共端与动态定标模块装置上缠绕的传感光纤的输入端相连，动态定标模块装置上缠绕的传感光纤的输出端与第一传感光纤(13)的输入端相连，第一传感光纤(13)的输出端连接有多模光纤反射镜。

2.根据权利要求1所述的一种动态温度定标自校准装置，其特征在于，动态定标模块装置包括结构相同第一加热模块(3)与第二加热模块(4)，第一加热模块(3)包括第一圆柱形铝块，第二加热模块(4)包括和第二圆柱形铝块，第一圆柱形铝块的侧壁开设有第一环形凹槽，用于缠绕传感光纤；第二圆柱形铝块的侧壁开设有第二环形凹槽，用来缠绕传感光纤；WDM(2)的公共端与第一加热模块(3)上缠绕的传感光纤的输入端相连，第一加热模块(3)上缠绕的传感光纤的输出端与第二加热模块(4)上缠绕的传感光纤的输入端相连，第二加热模块(4)上缠绕的传感光纤的输出端与第一传感光纤(13)的输入端相连，第一传感光纤(13)的输出端连接有多模光纤反射镜。

3.根据权利要求2所述的一种动态温度定标自校准装置，其特征在于，第一圆柱形铝块的顶面开设有第一凹槽，第一凹槽设置有第一PTC加热块；第二圆柱形铝块的顶面开设有第二凹槽，第二凹槽设置有第二PTC加热块。

4.根据权利要求2所述的一种动态温度定标自校准装置，其特征在于，第一圆柱形铝块的顶面还开设有第三凹槽；第三凹槽内设置有第一热电偶；第二圆柱形铝块的顶面还开设有第四凹槽；第四凹槽内设置有第二热电偶。

5.根据权利要求2所述的一种动态温度定标自校准装置，其特征在于，第一加热模块(3)上安装有第一温控器(5)；第二加热模块(4)上安装有第二温控器(6)。

6.一种基于权利要求2所述的装置的动态温度定标自校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取背向Stokes光和anti-Stokes光；

2)背向散射的Stokes光经WDM(2)、第一APD(7)、第一LNA(9)入射到数据采集卡(11)，数据采集卡(11)对Stokes光进行模数转换；

背向散射的anti-Stokes光经WDM(2)、第二APD(8)、第二LNA(10)入射到数据采集卡(11)，数据采集卡(11)对anti-Stokes光进行模数转换；

3)最后数据采集卡(11)将模数转换后的电信号进行采集，然后传送给计算机(12)，计算机(12)采用温度解调算法进行处理，得到光纤上任意一米的温度值T。

7.一种根据权利要求6所述的动态温度定标自校准方法，其特征在于，步骤1)中获取背向Stokes光和anti-Stokes光的具体过程如下：

将第一温控器(5)的温度值设定为T₁，将第二温控器的温度值设定为T₂，然后数据采集卡(11)向脉冲激光器(1)发出周期信号，接收到周期信号的脉冲激光器(1)发出的具有一定周期的脉冲光，激光脉冲经过WDM(2)入射到第一加热模块(3)上缠绕的传感光纤和第二加热模块(4)上缠绕的传感光纤后进入第一传感光纤(13)；激光脉冲在第一传感光纤(13)中传播时发生自发拉曼散射，第一传感光纤(13)中任何位置都存在向各个方向散射的Stokes光和anti-Stokes光。

8.一种根据权利要求6所述的动态温度定标自校准方法，其特征在于，采用温度解调算法进行处理的具体过程如下：

传感光纤上某一点的温度与该点anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio呈一定的线性关系，即：

T＝k*Ratio+b (1)

第一加热模块(3)和第二加热模块(4)上缠绕的光纤长度均为s米，将此时第一加热模块(3)上缠绕的传感光纤和第二加热模块(4)上缠绕的传感光纤上的s个点的anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio，通过计算机(12)分别记入在arr1[s]和arr2[s]两个数组中；将采集的值代入公式(1)有：

其中，T₁为第一温控器(5)设定的固定温度值，T₂为第二温控器(6)设定的固定温度值，由公式(4)和公式(5)得出斜率k和偏置b：

第一传感光纤(13)的长度为L米，将此时L个点的anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio通过计算机(12)记入在数组arr3[L]中，根据arr3[L]中的值动态拟合出来的拟合直线的斜率k1和b1分别是：

其中，系数为一常数，系数为一常数，系数为一常数，为一常数，arr_x[i]＝i，0＝＜i＝1，2，3，，，＜＝L；

由公式(6)和公式(7)得到拟合直线的数据，将数据记入到art_fitting[L]中：

arr_fitting[i]＝k1*arr3[i]+b1 (8)

其中，i：0＝＜i＝1，2，3，，，＜＝L；arr3[i]为第一传感光纤上第i点的anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio；

由公式(8)可知，通过拟合直线补偿后的整条第一传感光纤(13)上第i点的光强量化比值Ratio_New[i]为：

最后得到整条第一传感光纤(13)上第i点的温度值T[i]为：

其中，T₁为第一温控器(5)设定的固定温度值，T₂为第二温控器(6)设定的固定温度值；第一加热模块与第二加热模块上缠绕的传感光纤长度均为s米；arr1[i]与arr2[i]分别是第一加热模块上缠绕的传感光纤上第i点的anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio和第二加热模块上缠绕的传感光纤上第i点的anti-Stokes光和Stokes光的光强的量化值Ratio；其中，0＝＜i＝1，2，3，，，＜＝s；Ratio_New[i]为通过拟合直线补偿后的整条第一传感光纤(13)上第i点的光强量化比值。