[发明专利]一种布里渊频移误差估算方法在审

专利信息
申请号: 202010045025.9 申请日: 2020-01-07
公开(公告)号: CN113155170A 公开(公告)日: 2021-07-23
发明(设计)人: 徐志钮;赵丽娟 申请(专利权)人: 华北电力大学(保定)
主分类号: G01D18/00 分类号: G01D18/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 071003 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 布里渊频移 误差 估算 方法
【说明书】:

发明的目的是为了估算基于布里渊散射的光纤分布式传感中温度/应变测量误差,提供了一种快速、准确的布里渊频移误差估算方法。本发明的技术方案是:将脉冲光入射至光纤中,在光纤入射端检测散射光的布里渊谱,采用基于伪Voigt模型的拟合算法对实测布里渊谱进行拟合,计算获得线宽和一个线宽内的信噪比。根据下式估算布里渊频移误差其中,为布里渊频移误差、R为扫频范围与线宽的比值、SNR为一个线宽内的信噪比、N为扫频点数和ΔvB为线宽。由于相关参数可方便获得,基于上式可方便、快速、准确计算布里渊频移误差。同时根据估算公式能定性分析各因素对误差的影响规律,为实际测量时选择合适的参数进一步减少布里渊频移的误差提供参考。

技术领域

本发明涉及一种光纤分布式传感中布里渊频移误差的估算方法,属于测量技术领域。

背景技术

分布式光纤传感器除具有一般光纤传感器抗电磁干扰、耐腐蚀以及电绝缘性好等优点外,还具有只需一次测量即可获取沿整个光纤被测场分布信息等独特优点,另外其测量精度高、定位准确、传感距离可达上百公里。因此,应用领域非常广泛。其中,基于光纤布里渊散射的分布式传感技术在温度和应变测量上所达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率具有优势,因此引起了国内外的广泛关注和研究。利用该技术对油气管道、大型水利水电工程结构和电力线缆等的温度和应变进行在线监测,可实现故障隐患及故障点的快速、准确定位。

基于布里渊散射的温度和应变传感研究主要围绕温度和应变测量的准确性、温度和应变的同时测量、空间分辨率的提高、温度和应变测量范围提升等几个方面。测量准确性是其他一切测量指标的基础。温度和应变会影响布里渊增益谱,通过检测布里渊增益谱的特征参数有希望能测量温度和应变。由于布里渊频移与温度和应变成线性关系且稳定性最高,这些特征参数中最为常用的是布里渊频移。一旦温度和应变系数确定后,温度和应变测量的准确性将直接取决于布里渊频移测量的准确性。为了估算布里渊频移误差,有人提出了一个著名的布里渊频移最小可检测误差估算公式,如下

其中,δvB为布里渊频移最小可检测误差;ΔvB为线宽;为SNR信噪比。

该公式已被广泛引用。这样只要知道了信噪比和线宽,现实中的很多情况下的温度和应变测量误差都可以估算。但是,现实情况下,扫频点数和扫频范围可能会不同,这也会影响布里渊频移误差,进而会影响布里渊频移误差估算的准确性,而原有公式没有考虑到这两点。这样其估算结果可能存在误差。另外,没有文献公开报道了该公式的获得过程,这使其可信度下降。

发明内容

本发明的目的是为了有效估算基于布里渊散射的光纤分布式传感的温度/应变测量误差,考虑到温度/应变与布里渊频移成线性关系,提出了一种快速、准确的布里渊频移误差估算方法。

本发明的技术方案是:将脉冲光入射至光纤中,光在光纤中传播发生布里渊散射,在入射端检测散射光的布里渊谱。采用基于伪Voigt模型的拟合算法对实测布里渊谱进行拟合,计算获得线宽和一个线宽内的信噪比。提出一个基于信噪比、扫频范围、扫频点数和线宽的布里渊频移误差估算公式,根据布里渊谱一个线宽内的信噪比、扫频范围、扫频点数和线宽结合该公式估算布里渊频移误差。

本发明的优点有:

(1)准确性高

通过单一影响因素分析获得各个因素对布里渊频移误差影响规律的基础上结合实际情况分析获得考虑多个因素情况下布里渊频移误差估算公式,所得结果经过大量不同情况下的实际谱数据检验,误差仅为10%左右。

(2)使用方便、速度快

直接给出了布里渊频移误差的估算公式,一旦知道线宽、一个线宽内的信噪比、扫频范围和扫频点数即可直接估算布里渊频移误差,耗时极短。同时线宽、信噪比、扫频范围和扫频点数非常容易获得。

(3)能定性分析各因素对误差的影响规律

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