專利名稱：一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測溫系統(tǒng)中的溫度定標(biāo)解調(diào)方法，尤其是一種基于拉曼散射分布式光纖傳感系統(tǒng)的溫度補償方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術(shù)。作為被測量信號載體的光波和作為光波傳播媒質(zhì)的光纖，具有一系列獨特的、其他載體和媒質(zhì)難以相比的優(yōu)點。光波不怕電磁干擾，易為各種光探測器件接收，可方便的進(jìn)行光電或電光轉(zhuǎn)換，易與高度發(fā)展的現(xiàn)代電子裝置和計算機相匹配。光纖傳感，包含對外界信號(被測量)的感知和傳輸兩種功能。所謂感知(或敏感)，是指外界信號按照其變化規(guī)律使光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奈锢硖卣鲄⒘浚鐝姸?功率)、 波長、頻率、相位和偏振態(tài)等發(fā)生變化，測量光參量的變化即“感知”外界信號的變化。這種 “感知”實質(zhì)上是外界信號對光纖中傳播的光波實時調(diào)制。所謂傳輸，是指光纖將受到外界信號調(diào)制的光波傳輸?shù)焦馓綔y器進(jìn)行檢測，將外界信號從光波中提取出來并按需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，也就是解調(diào)。因此，光纖傳感技術(shù)包括調(diào)制與解調(diào)兩方面的技術(shù)，即外界信號(被測量)如何調(diào)制光纖中的光波參量的調(diào)制技術(shù)(或加載技術(shù))及如何從被調(diào)制的光波中提取外界信號(被測量)的解調(diào)技術(shù)(或檢測技術(shù))。光在光纖中傳輸會發(fā)生散射，包括由光纖折射率變化引起的瑞利散射、光學(xué)聲子引起的拉曼散射和聲學(xué)聲子引起的布里淵三種類型。拉曼散射是入射光波的一個光子被一個聲子(光學(xué)聲子)散射成為另一個低頻光子，同時聲子完成其兩個振動態(tài)之間的躍遷。拉曼散射光含有斯托克斯光和反斯托克斯光。 瑞利散射的波長不發(fā)生變化，而拉曼散射和布里淵散射是光與物質(zhì)發(fā)生非彈性散射時所攜帶出的信息，散射波長相對于入射波長發(fā)生偏移。當(dāng)光波通過光纖時，光纖中的光學(xué)光子和光學(xué)聲子發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生拉曼散射過程。在光譜圖上，拉曼散射頻譜具有兩條譜線， 分別分布在入射光譜線的兩側(cè)。其中，波長大于入射光為斯托克斯光，波長小于入射光為反斯托克斯光。在自發(fā)拉曼散射中，斯托克斯與反斯托克斯光的強度比和溫度存在一定的關(guān)系，可由下式表示
權(quán)利要求
1.一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于利用設(shè)定溫度下或者實時測得的溫度下的光纖上的所測得的斯托克斯光與反斯托克光的信號電平值作為解調(diào)參考值，得到反映環(huán)境信息的準(zhǔn)確溫度值，溫度與光強信號之間的關(guān)系式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于解調(diào)參考值的獲取方法為在系統(tǒng)工作前期通過測試整段光纖在設(shè)定工作溫度下的斯托克斯光與反斯托克斯光強的電壓數(shù)字化信號，并將設(shè)定溫度和設(shè)定溫度下的電壓信號作為解調(diào)參考信號，計算得出實時溫度Τ。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于解調(diào)參考值的獲取步驟為將整段光纖事先放入一個恒溫箱中，使恒溫箱工作于某一特定溫度Ttl，并通過光電轉(zhuǎn)換放大和采集處理單元分別記錄下對應(yīng)此恒定溫度下的反斯托克斯光功率和斯托克斯光功率的電平值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于所述電平值是對應(yīng)于光纖不同空間位置的一組電壓信號值，這組電平值是經(jīng)過累加平均之后得到的一組平均值，這一組電平信號值的比值存在系統(tǒng)中，作為一組該系統(tǒng)的已知參數(shù)，在系統(tǒng)實際工作中，通過調(diào)用對應(yīng)于Ttl的這組斯托克斯與反斯托克斯光的累加平均值作為參考，用于解調(diào)計算得出對應(yīng)于光纖中不同位置處的實時溫度T的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于解調(diào)參考值的獲取方法為在系統(tǒng)工作的過程中通過實時測量參考光纖所處環(huán)境的實時溫度以及對應(yīng)此溫度環(huán)境下參考光纖中某點位置處的斯托克斯光與反斯托克斯光強的電壓信號，并將實時測的溫度值作為解調(diào)參考信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于解調(diào)參考值的獲取步驟為1)通過在光纖的前端繞制200米的參考光纖，并將繞制的光纖放于一塑料盒中；2)通過一個鉬電阻來探測所述參考光纖所處環(huán)境的溫度信息，鉬電阻則通過SMA接口接于數(shù)據(jù)采集卡上，通過數(shù)據(jù)采集卡獲取的溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為溫度解調(diào)算法中的參考溫度Ttl ；3)將200米位置處作為系統(tǒng)實際測量的起始點，將200米位置處的拉曼散射光強信號作為參考溫度Ttl對應(yīng)的參考拉曼散射光強信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式光纖傳感測溫系統(tǒng)溫度定標(biāo)解調(diào)方法，其特征在于利用設(shè)定溫度下或者實時測得的溫度下的光纖上的所測得的斯托克斯光與反斯托克光的信號電平值作為解調(diào)參考值，得到反映環(huán)境信息的準(zhǔn)確溫度值。本發(fā)明的方法可以消除溫度之外的因素對散射光探測的影響，使得最終計算得到的溫度值能更準(zhǔn)確的反映實際溫度信息。
文檔編號G01K11/32GK102279062SQ20111020216
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者劉亮, 張雷, 徐大可, 楊春瑜, 王媛媛, 蔡一磊 申請人:國電南京自動化股份有限公司