[发明专利]一种光时域反射计中补偿弯曲损耗及斯托克斯光与反斯托克斯光衰减的方法

说明书

本发明为一种光时域反射计中补偿弯曲损耗及斯托克斯光与反斯托克斯光衰减的方法。本方法提供了一种在拉曼光时域反射计中，补偿因为弯折扭曲造成的光信号损耗，以及因斯托克斯光与反斯托克斯光波长不同而衰减系数不同的随距离变化的衰减，解决了随着距离增长，温度测量结果逐渐变大的问题，提高测量结果的准确性与稳定性。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，特别是光频域反射计中因光纤弯曲损耗及斯托克斯光与反斯托克斯光在光纤中衰减系数不同造成测温结果不准确的补偿办法。

背景技术

光纤传感技术是伴随着光导纤维与光纤通信技术的发展而出现的一种新的传感技术，而ROTDR(拉曼光时域反射计)是拉曼(Raman)散射效应和光时域反射计(OTDR)相结合进行温度测量的新技术。

拉曼散射也称拉曼效应，是指入射光与介质发生相互作用而引起光频率变化的现象。拉曼散射应用于光纤传感的原理为激光入射到光纤后，激光将与光纤介质的分子或原子发生非弹性散射，入射光子可以放出或吸收与介质分子或原子振动相关的高频声子，前者称为斯托克斯(Stokes)光子，后者称为反斯托克斯(Anti.Stokes)光子。在ROTDR中，反斯托克斯光对温度变化更敏感，可利用反斯托克斯光与斯托克斯光的比值进行温度解调，由于反斯托克斯光与斯托克斯光的比值是与温度相关的，而双通道的方式可以很大程度上消除光源和光纤变动而产生的影响，提高系统的准确性和稳定性。

光纤的弯曲损耗指光纤发生弯曲后，光束射到光纤弯曲部分的边界处所形成的传播角大于临界值，造成在弯曲的光纤中不能满足全内反射条件，部分光从涂层溢出，即光纤弯曲后会产生的光功率的损耗。在解调温度时，弯曲损耗会影响结果的准确性，因此需要对该损耗进行补偿。

另外斯托克斯光与反斯托克斯光的波长不同，造成这两路光在光纤中传播时衰减的系数不同，因此传统的ROTDR技术直接对这两路光求比值会产生误差，随着距离的增加，测量温度较真实情况逐渐变大。为了补偿两路光衰减不同造成测温误差的问题，需要在对斯托克斯光与反斯托克斯光求比值进行温度解调前对两路光进行补偿。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种在拉曼光时域反射计中，补偿因为弯折扭曲造成的光信号损耗及因斯托克斯光与反斯托克斯光的波长不同造成的衰减差，解决随着距离增长，温度测量结果逐渐变大的情况，提高测量结果的准确性与稳定性。

技术方案：本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种光时域反射计中补偿弯曲损耗及斯托克斯光与反斯托克斯光衰减的方法，所述光时域反射计包括脉冲激光器、波分复用器、光电探测器及采集卡，激光器发出脉冲激光通过波分复用器进入光纤产生后向散射，后向散射光再进入波分复用器被分离为斯托克斯光与反斯托克斯光并分别传递给光电探测器，最终被采集卡采集。所述的补偿办法包括以下步骤：

步骤一：同步采集斯托克斯光与反斯托克斯光的距离-光强度信号；

步骤二：对两路信号进行突变检测，确定弯曲损耗；

步骤三：计算弯曲损耗处前后各N个点平均数的比值，对突变后的信号进行补偿；

步骤四：分别对弯曲补偿后的双路信号进行二次多项式拟合，得到与距离相关的拟合表达式；

步骤五：根据得到的拟合式对双路信号进行与距离相关的衰减补偿，得到两路平直的距离-光强度信号波形；

步骤六：利用补偿后平直的双路光强信号进行解调，得到光纤沿线温度。