[发明专利]一种分布式光纤拉曼测温系统中光纤色散的补偿方法

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，具体公开了一种分布式光纤拉曼测温系统中光纤色散的补偿方法，直接通过采集到的采样点总数，计算斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号的折射率之比，再计算两路光信号同一数据点对应的实际距离差，根据距离差使用插值法来校准两路信号光，接着对两路信号光进行重采样，得到匹配的斯托克斯信号光和反斯托克斯信号光的数据点，最后进行解调，从而实现对光纤色散的补偿，避免了测量前繁琐的定标操作，实现温度的精确测量，能满足能源开采中温度监测的需求。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种分布式光纤拉曼测温系统中光纤色散的补偿方法。

背景技术

近些年随着国家经济水平的持续提高，不仅加大了对能源的需求，也更关注能源开采的安全监测，而监测温度石油管道电力设备上的温度场变化是其中关键一环。目前主要采用的是分布式光纤拉曼测温系统，利用背向拉曼散射信号具有的温度效应，可以测得分布式光纤传感系统中光纤上温度的相关信息，而后利用光时域反射原理对光纤上的各处进行定位，得到一整段光纤上的温度分布场。

由于光纤的色散效应，斯托克斯信号与反斯托克斯信号的波长不同时，其在光纤中的传播速度也不同，因此同一位置散射回来的两种后向散射信号到达光电探测器的时间不同，导致A/D变换模块采集到的两路信号并非来自同一位置。该信号错位现象会引入测量误差，且传感距离越长测量误差越大，最终导致测温结果产生误差。

传统方法通常是在斯托克斯散射光信号传输通道中加入补偿光纤，使同一个位置散射回来的斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号信号同时被采集卡采集并处理，但是这种方法只能针对特定长度的传感光纤，一旦测温距离发生改变，这种方法便不能准确对色散进行补偿，而且补偿光纤的长度很难确定，传统的定标方法灵活度太差，为了更好地降低光纤色散对测温精度的影响，需要一种新的色散修正算法克服光纤色散带来的测温精度误差的问题。

发明内容

本发明主要提供一种分布式光纤拉曼测温系统中光纤色散的补偿方法，能够避免了测量前繁琐的定标操作，克服光纤色散带来的测温精度误差的问题，实现温度的精确测量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分布式光纤拉曼测温系统中光纤色散的补偿方法，所述方法包括以下内容：

根据采样点数获得斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号的折射率关系；

计算斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号中采样点对应的实际距离差；

根据所述实际距离差使用插值法来校准斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号；

对校准之后的斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号进行重采样并进行温度解调。

优选地，斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号的折射率关系为：

其中，n_as为反斯托克斯散射光的折射率，n_a为反斯托克斯散射光的采样点数，N_as为斯托克斯散射光的折射率，N_a为斯托克斯散射光的采样点数。

优选地，计算斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号中采样点对应的实际距离差包括：

计算斯托克斯散射光信号与反斯托克斯散射光信号中同一采样点对应的实际距离差以及相邻采样点对应的实际距离ΔL。

优选地，所述校准包括：以斯托克斯光信号为基准，校准反斯托克斯光信号；在nΔL处插入新采样点，新采样点的值为第n个数据点及第n+1个数据点连线的中点值。

优选地，所述重采样包括：