CN105953941A - 一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置，其中，所述方法包括：当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息；其中，所述拉曼后向散射光的信息包括光强值；所述拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；所述反斯托克斯光的光强值随温度变化；对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值；当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。通过上述方式，能够有效提高信噪比、提高温度检测精度。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置。
背景技术
当激光脉冲在光纤中传输的过程中，与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，例如，瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。由于瑞利散射对温度不敏感；布里渊散射对温度和应力都敏感，容易受外界环境干扰，影响测量准确度；拉曼散射只对温度敏感；因此，现有的分布式光纤温度测量技术通常基于拉曼散射的温度效应机理进行光纤测温。其中，拉曼散射效应产生斯托克斯光和反斯托克斯光，斯托克斯光与温度无光，反斯托克斯光的强度随温度变化。
现有的基于拉曼散射的分布式光纤测温技术是根据光纤内部的拉曼散射现象的温度特性——光纤的反射光的强度会随温度的变化而变化，利用时域反射测量技术(Optical Time Domain Reflection，OTDR)，将较高功率光脉冲信号送入光纤，然后采集光纤内的反射光的强度进行分析，得出光纤上某点的温度值。
分布式光纤温度测量技术采用背向散射机理，利用光纤背向拉曼散射的温度效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中背向拉曼散射的强度(反斯托克斯背向拉曼散射光的强度)，经波分复用器和光电检测模块采集带有温度信息的背向拉曼散射光电信号，再将光电信号进行模数采样、解调等处理后，实时提取出温度信息。根据各监测点的温度信息以及测量出的背向散射光的强度即可计算出反射点的温度。
由于拉曼散射信号的信噪比较低，现有的光纤温度传感器在信号检测精度、信号处理能力等方面均达不到要求，所测量的温度精度较低，误差大，不能准确定位温度异常的位置，不能广泛应用于电力系统、油罐、海底隧道等对温度监测要求较高且不易获得温度数据的场所。
发明内容
本申请提供一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法及装置，能够有效提高信噪比、提高温度检测精度。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法，所述方法包括：当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息；其中，所述拉曼后向散射光的信息包括光强值；所述拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；所述反斯托克斯光的光强值随温度变化；对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值；当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
其中，对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：滤除所述拉曼后向散射光的信息中包含的噪声；根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
其中，根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：根据所述斯托克斯光的光强值以及所述反斯托克斯光的光强值获取所述各监测点的温度值；通过定标光纤对应的标定温度值对所述温度值进行修正，获得所述传感光纤上各监测点修正后的温度值。
其中，根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：将所述拉曼后向散射光的光强值转换为电压信号，并对放大后的所述电压信号进行高速采样；根据电压与温度的对应关系获取所述电压信号对应的温度值，以获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
其中，当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离的步骤具体为：获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种基于拉曼散射的分布式光纤测温装置，所述装置包括：控制系统、同步控制模块、激光器、双向耦合器、分光器、光电检测模块、数据处理模块；其中，所述控制系统连接所述同步控制模块以及所述数据处理模块，所述同步控制模块通过所述激光器连接所述双向耦合器，所述双向耦合器通过所述分光器连接所述光电检测模块，所述光电检测模块还连接所述数据处理模块；
所述控制系统用于触发所述同步控制模块控制所述激光器产生光脉冲，以及控制所述数据处理模块采集所述光电检测模块输出的数据；
所述双向耦合器用于将所述激光器输出的所述光脉冲耦合至传感光纤；以及用于当入射至所述传感光纤的光脉冲在所述传感光纤中发生散射时，将拉曼后向散射光耦合至所述分光器；所述拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；所述反斯托克斯光的光强随温度变化；所述分光器用于从所述拉曼后向散射光中分别获取所述斯托克斯光以及所述反斯托克斯光；所述光电检测模块用于将所述斯托克斯光以及所述反斯托克斯光的携带的光信息转换成电压信号；其中，所述光信息包括光强值；所述数据处理模块用于对采集的所述电压信号进行预处理，并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值；所述数据处理模块还用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
其中，所述数据处理模块具体用于滤除采集的所述电压信号中包含的噪声，并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
其中，所述数据处理模块用于将所述电压信号进行放大，并对所述放大后的电压信号进行高速采样；并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
其中，所述装置还包括恒温槽，所述恒温槽设置于所述双向耦合器与所述传感光纤之间；所述恒温槽用于将放置于所述恒温槽中的定标光纤的温度设置为标定温度；
所述数据处理模块具体用于根据所述斯托克斯光的光强值对应的电压值以及所述反斯托克斯光的光强值对应的电压值获取所述各监测点的温度值；以及通过定标光纤对应的标定温度值对所述温度值进行修正，获得所述传感光纤上各监测点修正后的温度值。
其中，所述数据处理模块具体用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
上述方案，当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息，对获取拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取传感光纤上各监测点的温度值；当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。通过对拉曼后向散射光的信息进行预处理能够有效消除噪声，提高信噪比，能够提高温度检测精度，保证数据的可靠性。
附图说明
图1是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温方法一实施例的流程图；
图2是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温方法另一实施例的流程图；
图3是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温装置一实施例的结构示意图；
图4是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温装置另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
参阅图1，图1是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温方法方法一实施例的流程图。本实施例的执行主体为基于拉曼散射的分布式光纤测温装置，其可以为光纤传感器。本实施例的基于拉曼散射的分布式光纤测温方法包括以下步骤：
S101：当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息。
当基于拉曼散射的分布式光纤测温装置发出的激光脉冲入射到传感光纤时，入射的激光脉冲在传感光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用发生散射。
当监测到入射的激光脉冲在传感光纤中发生散射后，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置获取拉曼后向散射光的信息。
其中，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置可以通过高速采样的方式获取拉曼后向散射光的信息。采样频率以及采样精度可以根据实际需要进行设置。采样精度(分辨率)越高采样精度越大，采样频率越大，获取的拉曼后向散射光的信息的误差越小。采样频率可以为100Mhz，采样精度可以为16位，但并不限于此，此处不作限制。
拉曼后向散射光的信息包括光强值；拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；反斯托克斯光的光强值随温度变化；斯托克斯光的光强与温度无关。
其中，拉曼后向散射光与入射的激光脉冲的波长不同。假设入射的激光脉冲的波长为λ0，拉曼后向散射光包含的斯托克斯光的波长为λs＝λ0+Δλ，反斯托克斯光的波长为λa＝λ0-Δλ。λ0可以为1550nm，Δλ可以为100nm。
斯托克斯光的光强
反斯托克斯光的光强
其中，Ia为斯托克斯光的光强度，λa为斯托克斯光的波长；Is为反斯托克斯光的光强度，λs为反斯托克斯光的波长；h为普朗克常量，c为光速，μ为波尔兹曼常数，k为比例常数(比例常数与平均环境温度、光纤质量有关，平均环境温度值越大k越大，光纤质量越好k越大)，T为绝对温度。
斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系可以表示为：
S102：对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
在获取到拉曼后向散射光的信息后，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置对获取到的拉曼后向散射光的信息进行预处理，获取斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值，并根据斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系：计算传感光纤上各监测点的温度值。
其中，预处理可以为对拉曼后向散射光进行放大、滤波等处理以滤除拉曼后向散射光中包含的噪声，获取到的斯托克斯光以及反斯托克斯光的光强值。滤除噪声采用的滤波算法可以为限幅滤波法、算术平均滤波法、中位值滤波法、低通滤波法、滑动滤波法、复合滤波法、滑动滤波法等其中的一种或多种，此处不作限制。
基于拉曼散射的分布式光纤测温装置中保存有拉曼后向散射光的光强值与温度的预设对应关系。
S103：当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
基于拉曼散射的分布式光纤测温装置实时监测传感光纤上各监测点的温度值，当监测到传感光纤上任一监测点的温度值发生突变时，根据入射到传感光纤中入射光与接收到拉曼后向散射光之间的时间间隔，以及光在光纤中的传播速计算温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离，以判断传感光纤所处的环境温度是否发生变化。
上述方案，当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息，对获取拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取传感光纤上各监测点的温度值；当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。通过对拉曼后向散射光的信息进行预处理能够有效消除噪声，提高信噪比，能够提高温度检测精度，保证数据的可靠性。
参阅图2，图2是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温方法另一实施例的流程图。本实施例的执行主体为基于拉曼散射的分布式光纤测温装置，其可以为光纤传感器。本实施例的基于拉曼散射的分布式光纤测温方法包括以下步骤：
S201：当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息。
当基于拉曼散射的分布式光纤测温装置发出的激光脉冲入射到传感光纤时，入射的激光脉冲在传感光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用发生散射。
当监测到入射的激光脉冲在传感光纤中发生散射后，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置获取拉曼后向散射光的信息。
其中，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置可以通过高速采样的方式获取拉曼后向散射光的信息。采样频率以及采样精度可以根据实际需要进行设置。采样精度(分辨率)越高采样精度越大，采样频率越大，获取的拉曼后向散射光的信息的误差越小。采样频率可以为100Mhz，采样精度可以为16位，但并不限于此，此处不作限制。
拉曼后向散射光的信息包括光强值；拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；反斯托克斯光的光强值随温度变化；斯托克斯光的光强与温度无关。
其中，拉曼后向散射光与入射的激光脉冲的波长不同。假设入射的激光脉冲的波长为λ0，拉曼后向散射光包含的斯托克斯光的波长为λs＝λ0+Δλ，反斯托克斯光的波长为λa＝λ0-Δλ。λ0可以为1550nm，Δλ可以为100nm。
斯托克斯光的光强
反斯托克斯光的光强
其中，Ia为斯托克斯光的光强度，λa为斯托克斯光的波长；Is为反斯托克斯光的光强度，λs为反斯托克斯光的波长；h为普朗克常量，c为光速，μ为波尔兹曼常数，k为比例常数(比例常数与平均环境温度、光纤质量有关，平均环境温度值越大k越大，光纤质量越好k越大)，T为绝对温度。
斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系可以表示为：
S202：滤除所述拉曼后向散射光的信息中包含的噪声。
在获取到拉曼后向散射光的信息后，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置对获取到的信息进行放大，采用滤波算法滤除获取到的拉曼后向散射光的信息中包含的噪声，获取拉曼后向散射光中斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值。其中，滤除噪声采用的滤波算法可以为限幅滤波法、算术平均滤波法、中位值滤波法、低通滤波法、滑动滤波法、复合滤波法、滑动滤波法等其中的一种或多种，此处不作限制。可以理解的是，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置除了滤除拉曼后向散射光的信息中包含的噪声外，还可以对其进行减少传输损耗等处理，以提高温度检测精度，具体可根据实际需要增减，此处不做限制。
S203：根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
基于拉曼散射的分布式光纤测温装置在获取到斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值后，根据斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系：计算传感光纤上各监测点的温度值。
其中，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置中保存有拉曼后向散射光的光强值与温度的预设对应关系。
进一步地，步骤S203具体为：根据所述斯托克斯光的光强值以及所述反斯托克斯光的光强值获取所述各监测点的温度值；通过定标光纤对应的标定温度值对所述温度值进行修正，获得所述传感光纤上各监测点修正后的温度值。
由于斯托克斯光以及反斯托克斯光这两种不同波长光的衰减差异和探测器对这两种光的响应存在差异，因此，通过设定定标光纤来消除该差异，定标光纤设置在传感光纤的前200米，把它放入恒温箱作为参考光纤，设置其标定温度为T0。
根据斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系：计算传感光纤上各监测点的温度值。
基于拉曼散射的分布式光纤测温装置在获取到斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值后，通过定标光纤对应的标定温度值对各监测点修正后的温度值进行修正，根据托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系计算传感光纤上各监测点修正后的温度值。
进一步地，步骤S203具体为：将所述拉曼后向散射光的光强值转换为电压信号，并对放大后的所述电压信号进行高速采样；根据电压与温度的对应关系获取所述电压信号对应的温度值，以获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
在获取拉曼后向散射光中斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值后，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置将拉曼后向散射光的光强值转换为电压信号，并对放大后的电压信号进行高速采样；根据电压与温度的对应关系获取采样的电压值对应的温度值，以获取传感光纤上各监测点的温度值。
其中，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置中保存有电压值与温度的预设对应关系。
其中，高速采样的采样频率可以为100MHz，采样精度(分辨率)可以为16位，光强值转换为取值为【0，216】的电压值，但并不限于此，还可以根据实际需要设置精确度更高的采样方式，此处不作限制。光强值与电压值一一对应，电压值与温度值一一对应。基于拉曼散射的分布式光纤测温装置能够根据采样得到的电压值计算温度值。
当采样频率可以为100MHz，采样精度(分辨率)为16位是，所监测到的温度也可精确到5米，甚至1米以内。
S204：获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
基于拉曼散射的分布式光纤测温装置实时监测传感光纤上各监测点的温度值，当监测到传感光纤上任一监测点的温度值发生突变时，计算入射到传感光纤中入射光与接收到拉曼后向散射光之间的时间间隔，并根据该时间间隔，以及光在光纤中的传播速(2*108)计算温度突变点到传感光纤末端的第一距离；根据传感光纤的长度以及第一距离获取温度突变点到发射入射光的位置之间的第二距离，以判断传感光纤所处的环境温度是否发生变化，以及准确定位温度突变点的位置，进而使得监测人员能够在温度发生变化时，准确获取温度突变点的位置进行下一步作业。
上述方案，当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息，滤除获取的拉曼后向散射光的信息中包含的噪声，根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值；获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据传感光纤的长度以及第一距离获取温度突变点到发射入射光的位置之间的第二距离，以对温度突变点进行准确定位。通过滤除拉曼后向散射光的信息包含的噪声能够有效提高信噪比，能够提高温度检测精度，保证数据的可靠性。
对拉曼后向散射光的信息进行高速采样，并将光信号转换为电信号，并根据电信号的电压值与温度的对应关系，准确定位温度突变点，能够给监测人员的下一步作业提供依据。
请参阅图3，图3是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温装置一实施例的结构示意图。基于拉曼散射的分布式光纤测温装置可以为光纤温度传感器等。本实施例中的基于拉曼散射的分布式光纤测温装置所包括的各模块用于分别执行图1对应的实施例中的各步骤，具体请参阅图1以及图1对应的实施例中各步骤的相关描述，此处不赘述。本实施例中基于拉曼散射的分布式光纤测温装置控制系统310、同步控制模块320、激光器330、双向耦合器340、分光器350、光电检测模块360、数据处理模块370。
其中，控制系统310连接同步控制模块320以及数据处理模块370，同步控制模块320通过激光器330连接双向耦合器340，双向耦合器340通过分光器350连接光电检测模块360，光电检测模块360还连接数据处理模块370。
控制系统310用于触发同步控制模块320控制激光器330产生光脉冲，以及控制数据处理模块370采集光电检测模块360输出的数据。
比如，当需要对传感光纤测温时，控制系统310触发同步控制模块320启动激光器330，并控制激光器330产生一大电流脉冲，并通过该大电流脉冲产生大功率的光脉冲(此光脉冲为激光脉冲)，该光脉冲注入激光器尾纤中。
同时，控制系统310控制数据处理模块370采集光电检测模块360输出的数据。
双向耦合器340用于将激光器330输出的光脉冲耦合至传感光纤；以及用于当入射至传感光纤的光脉冲在传感光纤中发生散射时，将拉曼后向散射光耦合至分光器350；拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；反斯托克斯光的光强随温度变化。
比如，从激光器330尾纤中输出的光脉冲经过双向耦合器340耦合后进入传感光纤。当光脉冲在传感光纤中传输时，光脉冲与传感光纤中的光纤分子相互作用发生散射。其中，散射包括拉曼散射，拉曼散射包括拉曼前向散射光以及拉曼后向散射光。拉曼后向散射光将返回至双向耦合器340。
其中，拉曼后向散射光携带有光信息，拉曼后向散射光的光信息包括光强值。拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；反斯托克斯光的光强随温度变化，斯托克斯光的光强与温度无关。
其中，拉曼后向散射光与入射的激光脉冲的波长不同。假设入射的激光脉冲的波长为λ0，拉曼后向散射光包含的斯托克斯光的波长为λs＝λ0+Δλ，反斯托克斯光的波长为λa＝λ0-Δλ。λ0可以为1550nm，Δλ可以为100nm。
斯托克斯光的光强
反斯托克斯光的光强
其中，Ia为斯托克斯光的光强度，λa为斯托克斯光的波长；Is为反斯托克斯光的光强度，λs为反斯托克斯光的波长；h为普朗克常量，c为光速，μ为波尔兹曼常数，k为比例常数(比例常数与平均环境温度、光纤质量有关，平均环境温度值越大k越大，光纤质量越好k越大)，T为绝对温度。
双向耦合器340将拉曼后向散射光耦合至分光器350。
分光器350用于从拉曼后向散射光中分别获取斯托克斯光以及反斯托克斯光。
比如，分光器350在接收到拉曼后向散射光时，从拉曼后向散射光中分别滤出斯托克斯光以及反斯托克斯光，并分别将获取的斯托克斯光以及反斯托克斯光耦合至光电检测模块360。
其中，分光器350由两个不同中心波长的光滤波器组成。
光电检测模块360用于将斯托克斯光以及反斯托克斯光的携带的光信息转换成电压信号；其中，光电检测模块360包括第一光电检测单元以及第二光电检测单元(图未示)；光信息包括光强值。
比如，光电检测模块360在接收到斯托克斯光以及反斯托克斯光时，通过光电检测模块360包括的第一光电检测单元将斯托克斯光携带的光信息转换成电压信号；以及通过第二光电检测单元将反斯托克斯光携带的光信息转换成电压信号。其中，光信息包括光强值。
其中，斯托克斯光的光强值、反斯托克斯光的光强值与温度的关系可以表示为：
光电检测模块360将电压信号传输至数据处理模块370。
数据处理模块370用于对采集的电压信号进行预处理，并根据电压信号与温度的对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
比如，数据处理模块370对光电检测模块360输出的电压信号进行采样，在采集到电压信号时，对采集的电压信号进行预处理，并根据电压信号与温度的预设对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
由于光强值与温度具有预设的对应关系，由光强值转换得到的电压信号与光强值也具有对应关系，因此，可由采样的电压值得到与其对应的温度值。
数据处理模块370还用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
比如，数据处理模块370实时监测传感光纤上各监测点的温度值，当监测到传感光纤上任一监测点的温度值发生突变时，根据入射到传感光纤中入射光与接收到拉曼后向散射光之间的时间间隔(该时间间隔可以为第一时刻与第二时刻之间的时间间隔，其中，第一时刻为同步控制模块320控制激光器330产生光脉冲的时间点；第二时刻为数据处理模块370采集到光电检测模块360输出的电压信号的时间点)，以及光在光纤中的传播速计算温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离，以判断传感光纤所处的环境温度是否发生变化。
上述方案，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置对拉曼后向散射光的信息进行预处理能够有效消除噪声，提高信噪比，能够提高温度检测精度，保证数据的可靠性。
请参阅图4，图4是本申请基于拉曼散射的分布式光纤测温装置另一实施例的结构示意图。基于拉曼散射的分布式光纤测温装置可以为光纤温度传感器等。本实施例中的基于拉曼散射的分布式光纤测温装置所包括的各模块用于分别执行图2对应的实施例中的各步骤，具体请参阅图2以及图2对应的实施例中各步骤的相关描述，此处不赘述。
本实施例中基于拉曼散射的分布式光纤测温装置与上一实施例的光纤测温装置的不同之处在于：
本实施例的光纤测温装置还包括恒温槽380恒温槽设置于双向耦合器340与传感光纤之间；恒温槽380用于将放置于恒温槽中的定标光纤的温度设置为标定温度。其中，定标光纤设置于传感光纤前的200米处，定标光纤用于消除斯托克斯光以及反斯托克斯光这两种不同波长光的衰减差异和探测器对这两种光的响应存在差异；标定温度用于修正数据处理模块370获取传感光纤上各监测点的温度值。
进一步地，在激光器330与双向耦合器340之间、双向耦合器340与恒温槽之间还可以设置环路放大器(图未示)。环路放大器用于降低传输减损。
数据处理模块370具体用于滤除采集的电压信号中包含的噪声，并根据电压信号与温度的对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
比如，数据处理模块370对光电检测模块360输出的电压信号进行采样，滤除采集的电压信号中包含的噪声，并根据电压信号与温度的对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
数据处理模块370用于将电压信号进行放大，并对放大后的电压信号进行高速采样；并根据电压信号与温度的对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
比如，数据处理模块370对光电检测模块360输出的电压信号进行放大，并对放大后的电压信号进行高速采样；并根据电压信号与温度的对应关系获取传感光纤上各监测点的温度值。
数据处理模块370具体用于根据斯托克斯光的光强值对应的电压值以及反斯托克斯光的光强值对应的电压值获取各监测点的温度值；以及通过定标光纤对应的标定温度值对温度值进行修正，获得传感光纤上各监测点修正后的温度值。
比如，数据处理模块370根据斯托克斯光的光强值对应的电压值以及反斯托克斯光的光强值对应的电压值，以及电压与温度的对应关系获取电压信号对应的温度值，以获取传感光纤上各监测点的温度值。
数据处理模块370具体用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到传感光纤末端的第一距离，根据传感光纤的长度以及第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
比如，数据处理模块370监测到传感光纤上任一监测点的温度值发生突变时，获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
上述方案，基于拉曼散射的分布式光纤测温装置对拉曼后向散射光的信息进行滤波处理能够有效消除噪声，提高信噪比，能够提高温度检测精度，保证数据的可靠性。
对拉曼后向散射光的信息进行高速采样，并将光信号转换为电信号，并根据电信号的电压值与温度的对应关系，准确定位温度突变点，能够给监测人员的下一步作业提供依据。
以上描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
Claims (10)
1.一种基于拉曼散射的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述方法包括：
当入射光在传感光纤中发生散射后，获取拉曼后向散射光的信息；其中，所述拉曼后向散射光的信息包括光强值；所述拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；所述反斯托克斯光的光强值随温度变化；
对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值；
当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，对所述拉曼后向散射光的信息进行预处理，并根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：
滤除所述拉曼后向散射光的信息中包含的噪声；
根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
3.根据权利要求2所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：
根据所述斯托克斯光的光强值以及所述反斯托克斯光的光强值获取所述各监测点的温度值；
通过定标光纤对应的标定温度值对所述温度值进行修正，获得所述传感光纤上各监测点修正后的温度值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，根据所述拉曼后向散射光的光强值与温度的对应关系，获取所述传感光纤上各监测点的温度值的步骤具体为：
将所述拉曼后向散射光的光强值转换为电压信号，并对放大后的所述电压信号进行高速采样；
根据电压与温度的对应关系获取所述电压信号对应的温度值，以获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
5.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离的步骤具体为：获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
6.一种基于拉曼散射的分布式光纤测温装置，其特征在于，所述装置包括：控制系统、同步控制模块、激光器、双向耦合器、分光器、光电检测模块、数据处理模块；其中，所述控制系统连接所述同步控制模块以及所述数据处理模块，所述同步控制模块通过所述激光器连接所述双向耦合器，所述双向耦合器通过所述分光器连接所述光电检测模块，所述光电检测模块还连接所述数据处理模块；
所述控制系统用于触发所述同步控制模块控制所述激光器产生光脉冲，以及控制所述数据处理模块采集所述光电检测模块输出的数据；
所述双向耦合器用于将所述激光器输出的所述光脉冲耦合至传感光纤；以及用于当入射至所述传感光纤的光脉冲在所述传感光纤中发生散射时，将拉曼后向散射光耦合至所述分光器；所述拉曼后向散射光包括斯托克斯光以及反斯托克斯光；所述反斯托克斯光的光强随温度变化；
所述分光器用于从所述拉曼后向散射光中分别获取所述斯托克斯光以及所述反斯托克斯光；
所述光电检测模块用于将所述斯托克斯光以及所述反斯托克斯光的携带的光信息转换成电压信号；其中，所述光信息包括光强值；
所述数据处理模块用于对采集的所述电压信号进行预处理，并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值；
所述数据处理模块还用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到发射所述入射光的位置之间的距离。
7.根据权利要求6所述的分布式光纤测温装置，其特征在于，所述数据处理模块具体用于滤除采集的所述电压信号中包含的噪声，并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
8.根据权利要求6或7所述的分布式光纤测温装置，其特征在于，所述数据处理模块用于将所述电压信号进行放大，并对所述放大后的电压信号进行高速采样；并根据所述电压信号与温度的对应关系获取所述传感光纤上各监测点的温度值。
9.根据权利要求8所述的分布式光纤测温装置，其特征在于，所述装置还包括恒温槽，所述恒温槽设置于所述双向耦合器与所述传感光纤之间；所述恒温槽用于将放置于所述恒温槽中的定标光纤的温度设置为标定温度；
所述数据处理模块具体用于根据所述斯托克斯光的光强值对应的电压值以及所述反斯托克斯光的光强值对应的电压值获取所述各监测点的温度值；以及通过定标光纤对应的标定温度值对所述温度值进行修正，获得所述传感光纤上各监测点修正后的温度值。
10.根据权利要求6所述的分布式光纤测温装置，其特征在于，所述数据处理模块具体用于当监测到温度突变时，获取温度突变点到所述传感光纤末端的第一距离，根据所述传感光纤的长度以及所述第一距离获取所述温度突变点到发射所述入射光的位置之间的第二距离。
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