[发明专利]一种基于双端解调的分布式光纤测温系统

说明书

本发明公开了一种基于双端解调的分布式光纤测温系统，包括光学结构，处理模块和光纤，利用双端解调克服了RDTS在实际应用中波长相关损耗的影响，同时利用光纤分区相关性降噪技术有效解决了双端解调得到的温度曲线信噪比的两端比中心部分低得多问题，进一步提升了RDTS的测温精度。该发明方法有助于提高分布式光纤测温系统在火灾探测，电力电缆检测以及核电站检测等特种环境中的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感系统，具体涉及一种基于双端解调的分布式光纤测温系统。

背景技术

拉曼分布式温度传感器（RDTS）经过多年的研究，由于其与电气同性能设备相比所具有的众所周知的优势，在许多不同领域都得到了成功的应用,如火灾探测、电力电缆监测和泄漏检测。绝大多数RDTS系统都是基于对后向拉曼散射的反斯托克斯（AS）光信号和斯托克斯（S）光信号的光时域反射（OTDR）原理。其中单端RDTS代表了长距离中最常见的解决方案，但它在本质上受到由AS和S波长相关损耗（WDL）的影响；WDL随时间的缓慢变化实际上导致了解调温度曲线中缓慢且不可检测的失真。这通常是由于光纤老化造成的，但在特定的恶劣应用环境中，例如核电站监测中，这种情况会得到强烈的增强，其中电离辐射的存在会随着时间的推移显著地增加光纤损耗，并导致显著的WDL。研究还表明，在高温和潮湿环境中，纤维的降解会大大增加纤维的损耗。此外，在地热井应用中，由于高温和氢浓度的影响，光纤的WDL通常随时间而变化。

为了在更广泛的领域中使用，优选的是通过没有昂贵的光源、滤波器和电路等的后处理来提高测量精度。可将切断不必要的信号频带的带通滤波器或基于设计的噪声模型提取有效信号频带的自适应滤波器用作降噪的后处理。但噪声的频带与信号分量的频带重叠，也就是说，在任何滤波过程中，信号分量随着噪声的抑制而衰减，并且即使为了抑制测量精度降低而执行滤波处理，信号分量本身也衰减，而且反斯托克斯光信号的噪声在远端变得特别大。

在实际的RDTS系统中，WDL和本地损耗都必须被有效地考虑和消除，这可以通过使用交替的双端解调方案（也称为环路解调）来实现。在这种方案中，AS和S光信号在前向和后向获得，然后适当地取平均值。但双端解调也存在这样一个问题：解调温度曲线两端的信噪比比中心部分低得多。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何克服RDTS在实际应用中波长相关损耗的影响，解决双端解调得到的温度曲线信噪比的两端比中心部分低得多的问题，进一步提升RDTS的测温精度，以满足其在更多复杂环境中应用的需求。

本发明提出的问题是这样解决的：提供一种基于光纤分区相关性降噪的双端解调方案。

具体的技术方案如下：

一种基于双端解调的分布式光纤测温系统，包括光学结构，处理模块和光纤，其特征在于：所述光学结构被配置成从光输入到光纤的第一端时产生的后向散射光中检测第一斯托克斯光信号和第一反斯托克斯光信号，从光输入到光纤的第二端时产生的后向散射光中检测第二斯托克斯光信号和第二反斯托克斯光信号；所述处理模块被配置成在包含光纤第一端的区域内，基于第一斯托克斯光信号和第一反斯托克斯光信号中的至少一个与第二斯托克斯光信号之间的第一相关性计算第一区域长度，基于第一斯托克斯光信号和第一反斯托克斯光信号中的至少一个与第二反斯托克斯光信号之间的第二相关性计算第二区域长度，平滑第一区域中的第二斯托克斯光信号，平滑第二区域中的第二反斯托克斯光信号，使用平滑后的第二斯托克斯光信号、平滑后的第二反斯托克斯光信号、第一斯托克斯光信号和第一反斯托克斯光信号计算采样点的温度。

进一步地，通过光开关将脉冲光交替地输入到光纤的第一端和第二端。

进一步地，第一区域随着第一相关性变小而伸长，第二区域随着第二相关性变小而伸长。

进一步地，第一区域和第二区域的长度设置上限。