CN108731839A - 分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法，系统包括温度解调装置、测温主机和传感光纤，温度解调装置包括电脑和同步控制单元，测温主机包括激光发生器、密集波分复用系统、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管、第一放大器、第二放大器、双通道数据采集卡、第一恒温槽和第二恒温槽，密集波分复用系统分别与激光发生器、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管和第一恒温槽连接，第二恒温槽分别与第一恒温槽和传感光纤连接，第一恒温槽与第二恒温槽存在一定的温差。本发明能有效改善因激光发生器的光衰造成的系统误差、提高稳定性、减少需要定期对系统进行标定的维护工作。

Description

分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法

技术领域

本发明涉及光纤温度传感系统领域，特别涉及一种分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法。

背景技术

分布式光纤温度传感是将整条传输光纤作为传感器，光纤(光缆)上的每一点都兼具“传”和“感”的功能。在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤(光缆)中传输时，光纤中的每一点都会对激光信号产生极其微弱的背向散射，其中拉曼散射信号的强度与该点所处位置的温度具有相关性，通过检测每一点散射光信号的光强，获得该点的温度信息，进而得到整条光纤(光缆)上的温度分布。现有的分布式光纤温度系统内部结构如图1所示。

系统结构中存在一个LD(激光发生器)，作用是产生特定频率的功率激光。恒温槽用于提供参考温度，用于修正不同的传感光纤产生的偏差。但是LD作为一个功率型光电设备，随着时间的推移，会产生发光性能衰减(简称：光衰)。LD发生光衰之后，即使使用同一条光纤，测量的温度也会发生误差，误差超出一定范围之后就需要厂家重新进行标定。

电脑系统对接受的信号经过运算之后能反映温度的情况，但是因为存在系统误差，实际温度和采集温度之间存在一次函数的关系。即，设实际温度为Y，采集温度为X，存在以下公式Y＝kX+b。其中k，b为可变系数，需要标定。其中k参数需要工厂进行标定，b参数需要根据恒温槽确定的X,Y数据进行计算。因此设备需要定期维护，使用非常不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能有效改善因激光发生器的光衰造成的系统误差、提高稳定性、减少需要定期对系统进行标定的维护工作的分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种分布式光纤温度传感系统，包括温度解调装置、测温主机和传感光纤，所述温度解调装置包括电脑和同步控制单元，所述测温主机包括激光发生器、密集波分复用系统、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管、第一放大器、第二放大器、双通道数据采集卡、第一恒温槽和第二恒温槽，所述电脑分别与所述双通道数据采集卡和同步控制单元连接，所述同步控制单元分别与所述激光发生器和双通道数据采集卡连接，所述密集波分复用系统分别与所述激光发生器、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管和第一恒温槽连接，所述第一雪崩光电二极管还与所述第一放大器连接，所述第二雪崩光电二极管与所述第二放大器连接，所述第一放大器和第二放大器还均与所述双通道数据采集卡连接，所述第二恒温槽分别与所述第一恒温槽和传感光纤连接，所述第一恒温槽与所述第二恒温槽存在一定的温差。

在本发明所述的分布式光纤温度传感系统中，所述第一恒温槽里面的光纤的测量数据如下：Y1＝kX1+b，其中，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

在本发明所述的分布式光纤温度传感系统中，所述第二恒温槽里面的光纤的测量数据如下：Y2＝kX2+b，其中，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

在本发明所述的分布式光纤温度传感系统中，所述k通过如下公式得到：k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，其中，k为第一可变系数，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度。

在本发明所述的分布式光纤温度传感系统中，所述b通过如下公式得到：b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)，其中，b为第二可变系数，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度。

本发明还涉及一种自动获取标定的参数的方法，其特征在于，应用于上述分布式光纤温度传感系统中的任意一种，包括如下步骤：

A)控制第一恒温槽和第二恒温槽使其存在一定的温差；

B)分别对第一恒温槽和第二恒温槽里面的光纤进行测量，得出两组不同的数据(X1,Y1)和(X2,Y2)，其中，Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度；

C)根据Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b，得到k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)；

D)根据k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，Y1＝kX1+b，得到b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2))。

实施本发明的分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法，具有以下有益效果：由于设有第一恒温槽和第二恒温槽，且控制第一恒温槽和第二恒温槽使其存在一定的温差，对第一恒温槽和第二恒温槽里面的光纤进行测量，可以得出两组不同的数据，根据两组不同的数据，就可以得到第一可变系数和第二可变系数，即使激光发生器发生光衰之后，只要软件重新进行双温度差法标定计算后，系统可以自行恢复到正常状态，这样就不需要厂家重新进行标定，因此能有效改善因激光发生器的光衰造成的系统误差、提高稳定性、减少需要定期对系统进行标定的维护工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的分布式光纤温度系统内部结构示意图；

图2为本发明分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法一个实施例中系统的结构示意图；

图3为所述实施例中方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明分布式光纤温度传感系统及自动获取标定的参数的方法实施例中，其分布式光纤温度传感系统的结构示意图如图2所示。图2中，该分布式光纤温度传感系统包括温度解调装置1、测温主2和传感光纤3，其中，温度解调装置1包括电脑11和同步控制单元12，测温主机2包括激光发生器21、密集波分复用系统22、第一雪崩光电二极管23、第二雪崩光电二极管24、第一放大器25、第二放大器26、双通道数据采集卡27、第一恒温槽28和第二恒温槽29。

电脑11分别与双通道数据采集卡27和同步控制单元12连接，同步控制单元12分别与激光发生器21和双通道数据采集卡27连接，密集波分复用系统22分别与激光发生器21、第一雪崩光电二极管23、第二雪崩光电二极管24和第一恒温槽28连接，第一雪崩光电二极管23还与第一放大器25连接，第二雪崩光电二极管24与第二放大器26连接，第一放大器25和第二放大器26还均与双通道数据采集卡27连接，第二恒温槽29分别与第一恒温槽28和传感光纤3连接，第一恒温槽28与第二恒温槽29存在一定的温差。对第一恒温槽28和第二恒温槽29里面的光纤进行测量，可以得出两组不同的数据，根据两组不同的数据，就可以得到第一可变系数k和第二可变系数b，即使激光发生器21发生光衰之后，只要软件重新进行双温度差法标定计算后，该分布式光纤温度传感系统可以自行恢复到正常状态，这样就不需要厂家重新进行标定，因此能有效改善因激光发生器的光衰造成的系统误差、提高稳定性、减少需要定期对系统进行标定的维护工作。

本发明在现有的分布式光纤温度系统中增加一个恒温槽，并且控制第一恒温槽28和第二恒温槽29使其存在一定的温差，对第一恒温槽28和第二恒温槽29里面的光纤进行测量，可以得出两组不同的数据：(X1，Y1)和(X2，Y2)。其中，第一恒温槽里面的光纤的测量数据如下：Y1＝kX1+b，在该表达式中，其中，Y1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的实际温度，X1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

第二恒温槽29里面的光纤的测量数据如下：Y2＝kX2+b，在该表达式中，其中，Y2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的实际温度，X2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

k通过如下公式得到：k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，在该公式中，其中，k为第一可变系数，Y1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的实际温度，X1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的采集温度，Y2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的实际温度，X2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的采集温度。

b通过如下公式得到：b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)，在该公式中，其中，b为第二可变系数，Y1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的实际温度，X1为第一恒温槽28里面的传感光纤3的采集温度，Y2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的实际温度，X2为第二恒温槽29里面的传感光纤3的采集温度。

可见，在本发明的分布式光纤温度传感系统中，标定的第一可变系数k和第二可变系数b可以通过双温度差法标定自动通过计算获取。使用双温度差法标定，即使激光发生器21发生光衰之后，只要软件重新进行双温度差法标定计算后，该分布式光纤温度传感系统可以自行恢复到正常状态。

本发明还涉及一种自动获取标定的参数的方法，其应用于本实施例中的上述分布式光纤温度传感系统，该自动获取标定的参数的方法的流程图如图3所示。图3中，该自动获取标定的参数的方法包括如下步骤：

步骤S01控制第一恒温槽和第二恒温槽使其存在一定的温差：本步骤中，控制第一恒温槽和第二恒温槽使其存在一定的温差。

步骤S02分别对第一恒温槽和第二恒温槽里面的光纤进行测量，得出两组不同的数据(X1,Y1)和(X2,Y2)，其中，Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b：本步骤中，分别对第一恒温槽和第二恒温槽里面的光纤进行测量，得出两组不同的数据，这两组不同的数据分别为(X1,Y1)和(X2,Y2)，其中，Y1为第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数，Y2为第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度。

步骤S03根据Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b，得到k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)：本步骤中，将Y1＝kX1+b减去Y2＝kX2+b，并化简得到k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)。

步骤S04根据k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，Y1＝kX1+b，得到b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)：本步骤中，将k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)代入Y1＝kX1+b，化简后得出：b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)。

可见，在本发明的自动获取标定的参数的方法中，标定的第一可变系数k和第二可变系数b可以通过双温度差法标定自动通过计算获取。使用双温度差法标定，即使激光发生器21发生光衰之后，只要软件重新进行双温度差法标定计算后，该分布式光纤温度传感系统可以自行恢复到正常状态。

总之，本发明的分布式光纤温度传感系统使用两个恒温槽的结构，且两个恒温槽的温度不一样，使用这两个温槽温的数据进行计算，可以自动获取标定的参数，本发明能有效改善因为激光发生器21的光衰造成的系统误差，提高稳定性，减少需要定期对系统进行标定的维护工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，包括温度解调装置、测温主机和传感光纤，所述温度解调装置包括电脑和同步控制单元，所述测温主机包括激光发生器、密集波分复用系统、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管、第一放大器、第二放大器、双通道数据采集卡、第一恒温槽和第二恒温槽，所述电脑分别与所述双通道数据采集卡和同步控制单元连接，所述同步控制单元分别与所述激光发生器和双通道数据采集卡连接，所述密集波分复用系统分别与所述激光发生器、第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管和第一恒温槽连接，所述第一雪崩光电二极管还与所述第一放大器连接，所述第二雪崩光电二极管与所述第二放大器连接，所述第一放大器和第二放大器还均与所述双通道数据采集卡连接，所述第二恒温槽分别与所述第一恒温槽和传感光纤连接，所述第一恒温槽与所述第二恒温槽存在一定的温差。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述第一恒温槽里面的光纤的测量数据如下：Y1＝kX1+b，其中，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

3.根据权利要求2所述的分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述第二恒温槽里面的光纤的测量数据如下：Y2＝kX2+b，其中，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数。

4.根据权利要求3所述的分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述k通过如下公式得到：k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，其中，k为第一可变系数，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度。

5.根据权利要求3或4所述的分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述b通过如下公式得到：b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)，其中，b为第二可变系数，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度。

6.一种自动获取标定的参数的方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的分布式光纤温度传感系统，包括如下步骤：

A)控制第一恒温槽和第二恒温槽使其存在一定的温差；

B)分别对第一恒温槽和第二恒温槽里面的光纤进行测量，得出两组不同的数据(X1,Y1)和(X2,Y2)，其中，Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b，Y1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X1为所述第一恒温槽里面的传感光纤的采集温度，k为第一可变系数，b为第二可变系数，Y2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的实际温度，X2为所述第二恒温槽里面的传感光纤的采集温度；

C)根据Y1＝kX1+b，Y2＝kX2+b，得到k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)；

D)根据k＝(Y1-Y2)/(X1-X2)，Y1＝kX1+b，得到b＝Y1-(X1*(Y1-Y2))/(X1-X2)。