CN109974886B - 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法 - Google Patents

一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109974886B
CN109974886B CN201811387113.6A CN201811387113A CN109974886B CN 109974886 B CN109974886 B CN 109974886B CN 201811387113 A CN201811387113 A CN 201811387113A CN 109974886 B CN109974886 B CN 109974886B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensing
fiber
optical fiber
raman
demodulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811387113.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109974886A (zh
Inventor
陈福昌
曹克信
林晓莲
黄振辉
周娇娜
陈美琴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Chengdaxing Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Fujian Chengdaxing Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Chengdaxing Intelligent Technology Co ltd filed Critical Fujian Chengdaxing Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN201811387113.6A priority Critical patent/CN109974886B/zh
Publication of CN109974886A publication Critical patent/CN109974886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109974886B publication Critical patent/CN109974886B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/324—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Raman scattering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法,其包括以下步骤：A：将传感光纤接入拉曼传感系统，获取传感光纤散射回来的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号分别是
Figure DDA0002419461210000011
和
Figure DDA0002419461210000012
B：将定标光纤接入拉曼传感系统，在恒温T0状态下进行定标，可获得恒温状态下的拉曼散射信号：
Figure DDA0002419461210000013
和
Figure DDA0002419461210000014
进一步推导解调公式
Figure DDA0002419461210000015
C：记录传感光纤某任意固定点L1的温度值T1和另一个任意固定点L2的温度值T2代入解调公式以求解解调公式的待定参数M和N，本发明解决了定标光纤和传感光纤不一致时拉曼传感系统进行精确可靠的温度监测问题，进一步提高了传感系统的实用性。

Description

一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法
技术领域
本发明涉及一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法。
背景技术
分布式光纤传感系统由于其特有的优点如抗电磁干扰、耐腐蚀、分布式测量等被广泛地应用于各种大型基础设施当中；分布式拉曼光纤传感系统主要用于温度监测和火宅预警；目前，在许多应用场合，都是通过在传感光纤铺设之前在恒温环境下对传感光纤进行定标，完成定标之后再进行现场光纤铺设，最终实现温度监测。在一些应用场合，传感光纤已提前铺设完毕，无法利用该铺设完毕的光纤进行恒温环境下的定标，同时，不同厂家生产的光纤的光纤传输损耗、光纤散射截面和拉曼散射因子等参数存在差异，通过传统的解调方法对传感光纤进行温度监测，会有很大的误差，限制的传感系统的实际应用。如何通过已铺设的光纤进行精确可靠的温度监测是一个技术难点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法,其包括以下步骤：
A：将传感光纤接入拉曼传感系统，获取传感光纤散射回来的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，所述斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号的公式分别是
Figure GDA0002440037810000021
和
Figure GDA0002440037810000022
其中h是普朗克常数，k玻尔兹曼常数，S是散射因子,Kas和Ks是传感光纤散射截面系数,νas和νs是反斯托克斯和斯托克斯光信号频率,α0、αas和αs是传感光纤传输损耗系数，I0是注入光信号强度,△ν是拉曼散射频移,L是从注入端开始的距离,T是传感光纤上的温度；
B：将定标光纤接入拉曼传感系统，在恒温T0状态下进行定标，可获得恒温状态下的拉曼散射信号：
Figure GDA0002440037810000023
和
Figure GDA0002440037810000024
其中K'as和K′s是定标光纤散射截面系数，α′0、α′as和α′s是定标光纤传输损耗系数，T0是定标光纤上的温度，将Is(T)除以Ias(T)的结果除以I′s(T0)除以I'as(T0)的结果整理可得解调公式为
Figure GDA0002440037810000025
其中
Figure GDA0002440037810000026
传感光纤与定标光纤选用不同的两根光纤；
C：记录传感光纤某任意固定点L1的温度值T1和另一个任意固定点L2的温度值T2代入解调公式后得到方程：
Figure GDA0002440037810000027
以求解解调公式的待定参数M和N，将求解得到的M和N代入解调公式
Figure GDA0002440037810000031
以确定解调公式。
在另一较佳实施例中，步骤C中，固定点L1为传感光纤的首端的某一点，固定点L2为传感光纤的末端的某一点。
在另一较佳实施例中，当定标光纤和传感光纤是型号一致的同一捆光纤，M＝N＝0。
本发明的有益效果是：
1、在不改变传统分布式拉曼传感系统结构的基础上，通过分析影响自发拉曼散射信号的因素，如：光纤传输损耗、拉曼散射截面、拉曼散射因子等，将这些因子加入传统的解调公式，推导得出新解调公式，通过获得光纤两个点的温度，求解出解调公式的参数，可以适应不同厂家生产的光纤作为传感介质，对于已铺设光纤的传感监测具有关键的作用，解决了定标光纤和传感光纤不一致时拉曼传感系统进行精确可靠的温度监测问题，进一步提高了传感系统的实用性。
2、通过获得光纤首尾两个点的温度求解参数M和N，光纤首尾的温度容易采集。
3、定标光纤和传感光纤是型号一致的同一捆光纤则M＝N＝0，方便特定情况下快速计算参数M和N。
以下实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法不局限于实施例。
具体实施方式
实施例一，本发明的一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法，其包括以下步骤：
A：将一捆光纤作为传感光纤接入拉曼传感系统，获取传感光纤散射回来的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，所述斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号的公式分别是
Figure GDA0002440037810000041
和
Figure GDA0002440037810000042
其中h是普朗克常数，k玻尔兹曼常数，S是散射因子,Kas和Ks是传感光纤散射截面系数,νas和νs是反斯托克斯和斯托克斯光信号频率,α0、αas和αs是传感光纤传输损耗系数，I0是注入光信号强度,△ν是拉曼散射频移,L是从注入端开始的距离,T是传感光纤上的温度；
B：将另一捆光纤作为定标光纤接入拉曼传感系统，在恒温T0状态下进行定标，可获得恒温状态下的拉曼散射信号：
Figure GDA0002440037810000043
和
Figure GDA0002440037810000044
其中K'as和K′s是定标光纤散射截面系数，α'0、α'as和α′s是定标光纤传输损耗系数，T0是定标光纤上的温度，将Is(T)除以Ias(T)的结果除以I′s(T0)除以I'as(T0)的结果整理得解调公式为
Figure GDA0002440037810000045
其中
Figure GDA0002440037810000046
Figure GDA0002440037810000047
由于不同的光纤的特性略有不同，所以传输损耗，散射截面系数，散射因子都不同，因此，M和N无法直接计算得出，但是，定标光纤和传感光纤一旦确定，M和N可通过测量光纤首尾两个点的温度代入解调公式进行求解；
C：记录传感光纤首端的某一固定点L1的温度值T1和末端的某一固定点L2的温度值T2代入解调公式后得到方程：
Figure GDA0002440037810000051
以求解解调公式的待定参数M和N，将求解得到的M和N代入解调公式
Figure GDA0002440037810000052
以确定解调公式。
本发明解决了定标光纤和传感光纤不一致时拉曼传感系统进行精确可靠的温度监测问题，进一步提高了传感系统的实用性。
实施例二，实施例二与实施例一的不同之处在于：定标光纤和传感光纤采用型号一致的同一捆光纤，此时M＝N＝0。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法,其特征在于：其包括以下步骤：
A：将传感光纤接入拉曼传感系统，获取传感光纤散射回来的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，所述斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号的公式分别是
Figure FDA0002440037800000011
和
Figure FDA0002440037800000012
其中h是普朗克常数，k玻尔兹曼常数，S是散射因子,Kas和Ks是传感光纤散射截面系数,νas和νs是反斯托克斯和斯托克斯光信号频率,α0、αas和αs是传感光纤传输损耗系数，I0是注入光信号强度,△ν是拉曼散射频移,L是从注入端开始的距离,T是传感光纤上的温度；
B：将定标光纤接入拉曼传感系统，在恒温T0状态下进行定标，可获得恒温状态下的拉曼散射信号：
Figure FDA0002440037800000013
和
Figure FDA0002440037800000014
其中K'as和K′s是定标光纤散射截面系数，α′0、α′as和α′s是定标光纤传输损耗系数，T0是定标光纤上的温度，将Is(T)除以Ias(T)的结果除以I′s(T0)除以I′as(T0)的结果整理可得解调公式为
Figure FDA0002440037800000015
其中
Figure FDA0002440037800000016
传感光纤与定标光纤选用不同的两根光纤；
C：记录传感光纤某任意固定点L1的温度值T1和另一个任意固定点L2的温度值T2代入解调公式后得到方程：
Figure FDA0002440037800000021
以求解解调公式的待定参数M和N，将求解得到的M和N代入解调公式
Figure FDA0002440037800000022
以确定解调公式。
2.根据权利要求1所述的一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法，其特征在于：步骤C中，固定点L1为传感光纤的首端的某一点，固定点L2为传感光纤的末端的某一点。
3.根据权利要求1所述的一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法，其特征在于：当定标光纤和传感光纤是型号一致的同一捆光纤，M＝N＝0。
CN201811387113.6A 2018-11-20 2018-11-20 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法 Active CN109974886B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811387113.6A CN109974886B (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811387113.6A CN109974886B (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109974886A CN109974886A (zh) 2019-07-05
CN109974886B true CN109974886B (zh) 2020-07-24

Family

ID=67076066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811387113.6A Active CN109974886B (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109974886B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111141413B (zh) * 2019-12-26 2020-11-10 武汉新楚电力集团有限公司 一种基于双端温度标定的分布式光纤测温系统及方法
CN111638025B (zh) * 2020-05-19 2022-02-25 太原理工大学 面向隧道渗漏水监测的分布式光纤拉曼传感装置及方法
CN116499607B (zh) * 2023-06-27 2023-09-08 之江实验室 一种光纤传感信号降噪方法、装置和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102279062A (zh) * 2011-07-19 2011-12-14 国电南京自动化股份有限公司 一种分布式光纤传感测温系统温度定标解调方法
CN104792436A (zh) * 2015-04-10 2015-07-22 青岛创立科技开发有限公司 一种分布式光纤测温方法
CN105043586A (zh) * 2015-05-28 2015-11-11 华中科技大学 一种基于少模光纤的拉曼分布式测温系统和测温方法
CN106323499A (zh) * 2015-07-08 2017-01-11 中国电力科学研究院 一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080253428A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 Qorex Llc Strain and hydrogen tolerant optical distributed temperature sensor system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102279062A (zh) * 2011-07-19 2011-12-14 国电南京自动化股份有限公司 一种分布式光纤传感测温系统温度定标解调方法
CN104792436A (zh) * 2015-04-10 2015-07-22 青岛创立科技开发有限公司 一种分布式光纤测温方法
CN105043586A (zh) * 2015-05-28 2015-11-11 华中科技大学 一种基于少模光纤的拉曼分布式测温系统和测温方法
CN106323499A (zh) * 2015-07-08 2017-01-11 中国电力科学研究院 一种分布式拉曼温度传感器温度补偿方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109974886A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109974886B (zh) 一种分布式拉曼光纤传感系统的解调方法
CN107003473B (zh) 用于应变和温度分离的多芯光纤中的不同的纤芯
CN110231106B (zh) 一种分布式光纤拉曼测温系统拟合衰减差的温度自修正方法
CN104748887B (zh) 分布式光纤温度传感器及其温度三解调算法
CN107843357B (zh) 基于拉曼散射的分布式光纤温度及应变检测方法
CN111006788B (zh) 基于反斯托克斯光自解调的高精度光纤拉曼温度检测方法
CN111006786B (zh) 基于分布式光纤拉曼传感系统的双路高精度温度解调方法
CN105371785B (zh) 一种曲率测量方法
CN102881107A (zh) 分布式光纤温度传感器的报警阈值自适应方法
CN103398800A (zh) 一种用于大型结构体准分布式光纤光栅温度应变测量系统
CN204612831U (zh) 分布式光纤温度传感器
CN111609809A (zh) 基于应变增敏结构的光纤高温应变测量传感器
CN103217454B (zh) 圆筒结构热扩散率的光纤光栅测量方法
CN109029770A (zh) 基于环路解调的分布式光纤拉曼温度及应变解调方法
CN108254100B (zh) 一种光纤传感液体折射率和温度同时测量系统及测量方法
CN111734391B (zh) 油气井井深与温度的在线校准方法、系统及存储介质
CN103353359A (zh) 分布式感温光纤一点校准方法
CN111141413B (zh) 一种基于双端温度标定的分布式光纤测温系统及方法
CN206161191U (zh) 基于无芯光纤布拉格光栅高温传感装置
CN202690034U (zh) 井下温度与压力的光纤监测系统
CN101586989B (zh) 电解槽壳光纤光栅温度传感器
CN203772449U (zh) 一种高空间分辨率的光纤测温带
CN115452196A (zh) 一种光纤敏感环高精度温度灵敏度系数测试的装置及方法
CN214583662U (zh) 一种沥青路面压实温度检测系统
CN109060191A (zh) 一种光纤测温系统参数标定方法、装置及参数系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 363000 B, 11th floor, Zhangzhou Development square, Shengli Road, Xiangcheng District, Zhangzhou City, Fujian Province

Patentee after: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: 363000 B, 11th floor, Zhangzhou Development square, Shengli Road, Xiangcheng District, Zhangzhou City, Fujian Province

Patentee before: FUJIAN CHENGDAXING INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 661000 shops 13-7, 8, 9, zhumeng Xincheng community, Beijing Road, Mengzi City, Honghe Hani and Yi Autonomous Prefecture, Yunnan Province

Patentee after: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd.

Address before: 363000 B, 11th floor, Zhangzhou Development square, Shengli Road, Xiangcheng District, Zhangzhou City, Fujian Province

Patentee before: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 77 Beimen West Road, Jiaomei Town, Zhangzhou Taishang Investment Zone, Zhangzhou City, Fujian Province

Patentee after: FUJIAN CHENGDAXING INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 661000 shops 13-7, 8, 9, zhumeng Xincheng community, Beijing Road, Mengzi City, Honghe Hani and Yi Autonomous Prefecture, Yunnan Province

Patentee before: Yunnan chengdaxing Intelligent Technology Co.,Ltd.

Country or region before: China