一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，采用內(nèi)空型銅柱作為溫控系統(tǒng)的主體同時利用分段標定的方式得出一條溫度隨反斯托克斯與斯托克斯的光強比變化的多段折線關(guān)系，使得溫度標定曲線無限趨近于反斯托克斯與斯托克斯的光強比和溫度的指數(shù)變化曲線；該方法在不影響系統(tǒng)性能的前提下，進一步提高了系統(tǒng)測溫精度，擴展了系統(tǒng)適用的測溫范圍，較好地解決了現(xiàn)有溫度標定方式的缺陷和不足。
【專利說明】-種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及分布式光纖測溫技術(shù)，具體為分布式光纖感溫的多溫區(qū)溫度自動標定 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式光纖測溫系統(tǒng)主要應(yīng)用于大空間場所的溫度監(jiān)控和火情檢測，如電力、鐵 路、公路隧道、電纜溝、倉庫、油田、輸油管道等場所，對于設(shè)備場所的安全運行及人員生命 財產(chǎn)安全起著重要的作用。
[0003] 分布式光纖測溫系統(tǒng)主要是由感溫光纜、溫度標定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理 模塊和圖形顯示模塊組成，溫度定標模塊是感溫系統(tǒng)的重要組成部分，其定標方式的優(yōu)劣 直接影響了整套系統(tǒng)的性能指標。
[0004] 現(xiàn)有的分布式光纖測溫系統(tǒng)中的溫度標定模塊通常采用動態(tài)跟隨標定法，將一段 參考光纖放入一個保溫盒內(nèi)，通過電子溫度傳感器采集保溫盒內(nèi)的溫度作為溫度基準進行 溫度標定，然后通過數(shù)據(jù)采集模塊采集該段光纖數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理模塊，將得到的反斯托 克斯（anti-stokes)與斯托克斯（stokes)的光強比和基準溫度進行直線擬合，從而得到定 標參數(shù)，實現(xiàn)溫度標定。
[0005] 該方法的溫度標定方式較為簡單，但是存在嚴重的缺陷和不足；第一，由于保溫盒 內(nèi)的溫度場存在一定的變化梯度，難W保證溫度均勻，一次采集到的單一基準溫度難W完 全反應(yīng)參考光纖所處的溫度場，由于基準不準進而導致測量溫度精確度下降；第二，由于反 斯托克斯與斯托克斯的光強比（簡稱）和溫度呈指數(shù)變化趨勢，動態(tài)溫度定標法，在整個溫 度范圍內(nèi)采用單一擬合系數(shù)的直線擬合方式在高溫區(qū)和低溫區(qū)線性度較差，不能保證在整 個溫度范圍內(nèi)的測溫準確度，僅采用單溫區(qū)方式進行溫度標定，其定標精度較差，從而降低 了整個感溫系統(tǒng)的測溫精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于內(nèi)控型溫控件的多溫區(qū)自動溫度標定方 法，根據(jù)不同溫度范圍內(nèi)光強比的線性度差異，采用分段標定的方式得出一條溫度隨反斯 托克斯與斯托克斯的光強比變化的多段折線關(guān)系，使得溫度標定曲線無限趨近于反斯托克 斯與斯托克斯的光強比和溫度的指數(shù)變化曲線，進而得出不同區(qū)段的標定公式完成標定。
[0007] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[000引一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，其特征在于包括W下步驟：
[0009] (1)將參考光纖前端不同位置處的n段光纖分別纏繞在n個內(nèi)空型銅柱上，其中 n > 3 ;
[0010] 似通過半導體制冷器TEC控制S個銅柱的溫度分別恒定在Ti、T2、T3…T。，其中 Ti<T2<T3<'''Tn，n > 3 ;
[0011] (3)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集并累加該段參考光纖數(shù)據(jù)，然后傳送至數(shù)據(jù)處理模塊 進行數(shù)據(jù)處理；
[0012] (4)在數(shù)據(jù)處理時對中間的一個溫度^立（n為偶數(shù)）或了j卻（n為奇數(shù)）的數(shù)據(jù) 2 2 進行直線擬合，得到反斯托克斯Anti-stokes和斯托克斯stokes光強之比為；
[001 引

【權(quán)利要求】
1. 一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將參考光纖前端不同位置處的n段光纖分別纏繞在n個內(nèi)空型銅柱上，其中 n^ 3 ; (2) 通過半導體制冷器TEC控制三個銅柱的溫度分別恒定在1\、T2、TfTn，其中 n^ 3 ； (3) 通過數(shù)據(jù)采集模塊采集并累加該段參考光纖數(shù)據(jù)，然后傳送至數(shù)據(jù)處理模塊進行 數(shù)據(jù)處理；
式中，Kas，Ks是與光纖反斯托克斯anti-stokes和斯托克斯stokes散射界面有關(guān)的 系數(shù)，Vs,Vas分別為斯托克斯stokes和反斯托克斯anti-stokes散射光子頻率，aas、as 分別為反斯托克斯anti-stokes散射光和斯托克斯stokes散射光頻率的光纖傳輸損耗，L 為光纖待測局域處的長度，h為普朗克常量，k為波爾茲曼常量； (5)根據(jù)式1得出當系統(tǒng)處于環(huán)境溫度Ttl時，其反斯托克斯anti-stokes和斯托克斯stokes散射光功率Pas(Ttl)、Ps (Ttl)之比為：
(7) 通過測量不同溫度T下F⑴/F(Ttl)的值，根據(jù)曲線關(guān)系圖可以擬合出一條實際系 統(tǒng)的溫度定標曲線，表達式為：
(8) 根據(jù)式4分別計算出溫度1 = 1'1、1'2、1'3?1'11時的溫度標定系數(shù)〇11 1，31)，（1]12,32)， (m3, a3)…（mn，an)，n ^ 3 ; (9) 根據(jù)依次相鄰的兩個溫度標定系數(shù)Ova1)和（m2，a2)，（m2，a2)和（m3，a3)…Ov1, IV1)和（mn，an)分別整合I\?T2,T2?T?T"范圍的線型關(guān)系將得到n-1個溫度隨 光強比變化的階段線型曲線，然后根據(jù)光強比所處的階段不同選擇不同溫區(qū)的溫度定標系 數(shù)，然后代入到式4中來計算非定標光纖的溫度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，其特征在于所述 銅柱銑槽和參考光纖上覆蓋有隔熱圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，其特征在于 所述n為3,權(quán)利要求步驟1中的參考光纖前端不同位置處的3段光纖分別纏繞在3個內(nèi)空 型銅柱上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于內(nèi)空型溫控件的多溫區(qū)定標方法，其特征在于所述 溫度1\的大小為-20°C?20°C，T2的大小為20°C?80°C，T3的大小為80°C?120°C。
【文檔編號】G06F19/00GK104501996SQ201410784520
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】楊術(shù)彬, 陳必茂, 葛翠艷, 李安兵 申請人:珠海拓普智能電氣股份有限公司