CN111795760A - 多功能光纤分布式温度传感系统、测量方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能光纤分布式温度传感系统、测量方法及存储介质，该系统包括激光源、脉冲发生模块、光放大器、ASE滤波器、光开关、传感光纤、光滤波器模块、光电转换和信号放大模块、数据采集和处理模块以及PC机单元。光滤波器模块将后向散射光中的瑞利散射光、斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光分离开，其中后向瑞利散射光用于精确测量光纤长度及光纤沿途的损耗信息；斯托克斯光和反斯托克斯光结合起来测量沿光纤每一点的温度；光开关可切换多个通道而实现多通道的单端口测量及高温度分辨率的双端口测量。本发明的系统相较传统的光纤分布式温度传感系统在测试功能上更多元化，在测试精度上更准确，并可在一台设备下实现多条光纤的温度测量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种多功能光纤分布式温度传感系统、测量方法及存储介质。
背景技术
光纤分布式温度传感系统(DTS)是一种以光纤作为传感和传输载体的温度探测系统，它具有抗电磁干扰、稳定性高、低成本、低功耗并可实现分布式实时测量等优点，在油气管道泄漏检测、油井开采、电力设施温度监测、安防等领域具有广泛应用。
但目前的光纤分布式温度传感系统仍具有一些不足之处。传统的分布式温度传感系统是利用后向散射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强之比得到温度序列，在光纤长度测量上是通过记录光脉冲进入传感光纤到接收返回的后向散射斯托克斯光所用时间来计算光纤长度。但进入传感光纤的光脉冲与斯托克斯光波长不一致，两者在光纤中传播速度不一致，由此计算出的光纤长度将不够准确。尽管传统的分布式温度传感系统可以通过后向散射光中的斯托克斯光来测量沿光纤上传输的光损耗曲线,但是由于斯托克斯光仍然对温度敏感,所以不能精确测量传感光纤在现场实施过程中光学损耗。温度的精确测量是与传感光纤的损耗是相关的，只有精确控制沿着传感光纤的光学损耗在一定的范围内，才能实现高精度和高稳定的温度测量。另外，传统的分布式温度传感系统大多使用单根光纤的单端测量，无法用于需要多根测量光纤的应用场景中，而且单端测量也无法保证测量的温度分辨率前后一致。
因此，现有技术还有待发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多功能光纤分布式温度传感系统、测量方法及存储介质，旨在提高光纤传感系统测量的准确性及功能的多样性。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种多功能光纤分布式温度传感系统，包括：
激光源、脉冲发生模块、光放大器、ASE滤波器、传感光纤、光滤波器模块、光电转换和信号放大模块、数据采集和处理模块以及PC机单元；
其中，还包括设置有多个输出端的光开关，每一输出端连接一传感光纤；
所述激光源与脉冲发生模块、光放大器连接，所述ASE滤波器与光放大器、光开关、光滤波器模块连接，所述光电转换和信号放大模块与光滤波器模块、数据采集和处理模块连接，所述数据采集和处理模块和脉冲发生模块、PC机单元连接；
所述脉冲发生模块用于产生特定频率、幅度的触发信号，用于触发激光源产生光脉冲；
所述激光源用于产生一定波长的光脉冲并输送至光放大器上；
所述光放大器对激光源产生的光脉冲进行功率放大并输送至ASE滤波器上；
所述ASE滤波器过滤掉被放大的自发辐射并将光脉冲输送至光开关；
所述光开关可将光脉冲切换输送至任一传感光纤上；
所述传感光纤在传输光脉冲的过程中将不断产生后向散射光，后向散射光中经ASE滤波器反射输送至光滤波器模块中；
所述光滤波器模块接收来自ASE滤波器反射的后向散射光，并将后向散射光中波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为的λ0瑞利散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光分离开，分别输送至光电转换和信号放大模块；
所述光电转换和信号放大模块将从光滤波器模块中返回的微弱散射光信号转化为电信号再进行放大，放大后的电信号输送至数据采集和处理模块；
所述数据采集和处理模块用于控制脉冲发生模块产生特定频率、幅度的脉冲信号，并对光电转化和信号放大模块输送的电信号进行采集和数据算法处理；
所述PC机单元用于显示由数据采集和处理模块处理过的信号，以及配置数据采集和处理模块。
其中，所述光滤波器模块包括依次连接的λ0-Δλ滤波器、λ0+Δλ滤波器、λ0滤波器，其中：
λ0-Δλ滤波器的输入端与ASE滤波器连接，λ0-Δλ滤波器的反射端与λ0+Δλ滤波器的输入端连接；
λ0+Δλ滤波器的反射端与λ0滤波器的输入端连接；
λ0-Δλ滤波器、λ0+Δλ滤波器、λ0滤波器的输出端分别输出波长为λ0-Δλ、λ0+Δλ、λ0的光至光电转换和信号放大模块上。
其中所述光开关包括一个输入端，一个控制端以及多个输出端，每一输出端连接一传感光纤，控制端切换输入端与其中一输出端的连接实现多通道单端口或双端口测量。
本发明还提出一种测量方法，应用于上述的系统，其中，包括如下步骤：
S101，获取激光源所发光脉冲在传感光纤中的后向散射光信号；
S102，将所述后向散射光信号分离成波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0的瑞利散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光三种不同波长的光信号；
S103，将所述波长为λ0的瑞利散射光信号依据光时域反射原理计算光纤长度；
S104，依据光脉冲后向散射得到的波长为λ0的瑞利散射光信号，计算得到传感光纤的瑞利散射信号强度衰减曲线，结合光纤长度得到传感光纤上的每一点光学损耗信息。
S105，依据同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤的反斯托克斯散射光强度衰减曲线和斯托克斯散射光强度衰减曲线，结合光纤长度并依据两强度衰减曲线的比值曲线计算传感光纤各点分布的温度；
其中，采用双端口测量时，光开关中第一输出端口和第二输出端口的传感器光纤末端相连，且光开关依次切换光脉冲从第一输出端口、第二输出端口输出；
在步骤S105中，具体包括：
S1051，获取第一输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第一输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I1 λo-Δλ(z)，I1 λo+Δλ(z)，及比值曲线η1(z)＝I1 λo+Δλ(z)/I1 λo-Δλ(z),其中z为传感光纤内某点至入射端面的距离；
S1052，获取第二输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第二输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I2 λo-Δλ(z)，I2 λo+Δλ(z)，及比值曲线η2(z)＝I2 λo+Δλ(L-z)/I2 λo-Δλ(L-z),其中L为传感光纤长度；
S1053，将第一输出端口和第二输出端口得到的比值曲线做均值计算：
得到均值曲线；
S1054，结合光纤长度并依据均值曲线计算传感光纤各点分布的温度。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。
本发明的多功能光纤分布式温度传感系统，通过光滤波器模块将后向散射光中波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为的λ0瑞利散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光分离开，分别输送至光电转换和信号放大模块，然后利用分离出的波长为的λ0瑞利散射光精确地计算光纤长度及传感光纤的光学损耗信息，利用分离出的波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光计算传感光纤的温度信息，同时通过光开关的切换功能可进行多通道单端测量及多端测量，使得本发明的一套测试设备即可实现多条光纤的温度测量。本发明的光纤分布式温度传感系统实现了测量的准确性及功能的多样性。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明多功能光纤分布式温度传感系统第一实施例的组成示意图；
图2为本发明光滤波器模块的组成示意图；
图3为本发明光开关的组成示意图；
图4为本发明测量方法第一实施例的流程示意图；
图5为本发明双端口测量的流程示意图。
附图标记说明
100-系统，1-激光源，2-脉冲发生模块，3-光放大器，4-ASE滤波器，5-光开关，51-输入端，52-控制端，53-输出端，6-传感光纤，7-光滤波器模块，71-λ0-Δλ滤波器，72-λ0+Δλ滤波器，73-λ0滤波器，8-光电转换和信号放大模块，9-数据采集和处理模块，10-PC机单元。
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的一部分实施例，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作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。
如图1所示，本发明提出的一种多功能光纤分布式温度传感系统100，包括激光源1、脉冲发生模块2、光放大器3、ASE滤波器4、传感光纤6、光滤波器模块7、光电转换和信号放大模块8、数据采集和处理模块9以及PC机单元10。
所述系统100还包括设置有多个输出端的光开关5，每一输出端连接一传感光纤6。
其中所述激光源1与脉冲发生模块2、光放大器3连接，所述ASE滤波器4与光放大器3、光开关5、光滤波器模块7连接，所述光电转换和信号放大模块8与光滤波器模块7、数据采集和处理模块9连接，所述数据采集和处理模块9和脉冲发生模块2、PC机单元10连接。
脉冲发生模块2用于产生特定频率、幅度的触发信号，用于触发激光源1产生光脉冲。
激光源1用于产生一定波长的光脉冲并输送至光放大器3上。
光放大器3对激光源1产生的光脉冲进行功率放大并输送至ASE滤波器4上。
ASE滤波器4过滤掉被放大的自发辐射并将光脉冲输送至光开关5。
光开关5可将光脉冲切换输送至任一传感光纤6上。
传感光纤6在传输光脉冲的过程中将不断产生后向散射光，后向散射光中经ASE滤波器4反射输送至光滤波器模块7中。
光滤波器模块7接收来自ASE滤波器4反射的后向散射光，并将后向散射光中波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为的λ0瑞利散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光分离开，分别输送至光电转换和信号放大模块8。
光电转换和信号放大模块8将从光滤波器模块7中返回的微弱散射光信号转化为电信号再进行放大，放大后的电信号输送至数据采集和处理模块9。
数据采集和处理模块9用于控制脉冲发生模块2产生特定频率、幅度的脉冲信号，并对光电转化和信号放大模块8输送的电信号进行采集和数据算法处理。
PC机单元10用于显示由数据采集和处理模块9处理过的信号，以及配置数据采集和处理模块9。PC机对信号采集和处理数据输入的数据进行处理以得到最终的温度传感测量结果。
本发明的光开关5由数据采集和处理模块9根据PC机单元10的命令进行输出端的切换，从而实现多通道的测量。当使用单端测量时，可在一套测试设备下实现多条传感光纤6铺设位置的空间温度测量；当使用双端测量时，只需将其中两个输出端的传感光纤6末端连接起来，在保证良好温度分辨率的情况下实现整条光纤的温度测量。这样，本发明的系统100既可以用于单端口测量，又可以用于多端口测量，实现系统100功能的多样性。
相对于传统的光滤波器模块只能分离出反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光，本发明的光滤波器模块7不仅能分离出反斯托克斯散射光和斯托克斯散射光，还能分离出瑞利散射光，这样，本发明的系统可以利用光滤波器模块7分离出的瑞利散射光进行精确地测量光纤长度及沿传感光纤上的光学损耗；同时可利用光滤波器模块7分离出的斯托克斯光和反斯托克斯光结合起来测量沿传感光纤6每一点的温度，这样本发明的系统100不仅可以进行温度测量，还可以进行光纤的光学损耗信息测量，实现系统功能的多样性。同时由于不再使用传统技术中的斯托克斯光进行光纤长度计算，而是采用与输入光脉冲波长一样的瑞利散射光进行长度计算，保证了光纤长度测量的准确性，同时也保证了与光纤长度关联的光纤上温度测量的准确性。
具体地，如图2所示，本发明光纤分布式温度传感系统100的光滤波器模块7包括依次连接的λ0-Δλ滤波器71、λ0+Δλ滤波器72、λ0滤波器73，其中：
λ0-Δλ滤波器71的输入端与ASE滤波器4连接，λ0-Δλ滤波器71的反射端与λ0+Δλ滤波器72的输入端连接。
λ0+Δλ滤波器72的反射端与λ0滤波器73的输入端连接。
λ0-Δλ滤波器71、λ0+Δλ滤波器72、λ0滤波器73的输出端分别输出波长为λ0-Δλ、λ0+Δλ、λ0的光至光电转换和信号放大模块8上。
这样，本发明的光滤波器模块7通过分别设置的λ0-Δλ滤波器71、λ0+Δλ滤波器72和λ0滤波器73来分离对应波长的反斯托克斯散射光(波长为λ0-Δλ)，瑞利散射光(波长为的λ0)，斯托克斯散射光(波长为λ0+Δλ的)，这样可以将分离出来的光分别加以利于而能进行精确的光纤长度计算、光纤上的光学损耗信息及温度信息的测量。
如图3所示，本发明的光开关5包括一个输入端51，一个控制端52以及多个输出端53，每一输出端53连接一传感光纤6，控制端52切换输入端51与其中一输出端53的连接实现多通道单端口或双端口测量。
如在单端口测量中，控制端52切换为CH1通道的输出端53，则输入端51与CH1输出端连接，而实现CH1的单端口测量；控制端52切换为CH2通道的输出端53，则输入端51与CH2输出端连接，而实现CH2的单端口测量。这样可以只使用本发明的一套系统即能完成多根光纤的测量。
在双端口测量中，将其中两个输出端53的传感光纤6末端连接即可。如图3中，将通道CH1和CH2两传感器光纤6的末端连接，则实现本系统100的双端口测量。这样本系统即可以单端口测量，又可以双端口测量，使得本系统100具有多样功能。
本发明实施例提出的多功能光纤分布式温度传感系统，通过光滤波器模块将后向散射光中波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为的λ0瑞利散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光分离开，分别输送至光电转换和信号放大模块，然后利用分离出的波长为的λ0瑞利散射光精确地计算光纤长度及传感光纤的光学损耗信息，利用分离出的波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光计算传感光纤的温度信息，同时通过光开关的切换功能可进行多通道的单端测量以及高温度分辨率的双端测量，从而使得分布式温度传感系统100可满足多种测试场景的需求，使用本发明的一套测试设备即可实现多条光纤的温度测量。
本发明还提出一种测量方法，应用于上述的多功能光纤分布式温度传感系统100，如图4所示，该测量方法具体包括如下步骤：
S101，获取激光源所发光脉冲在传感光纤中的后向散射光信号。
激光源1向传感光纤6发送光脉冲后，光脉冲在传感光纤6上传输过程中不断进行后向散射。
S102，将所述后向散射光信号分离成波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0的瑞利散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光三种不同波长的光信号。
S103，将所述波长为λ0的瑞利散射光信号依据光时域反射原理计算光纤长度。
在测量光纤长度时，数据采集和处理模块9根据PC机单元10的命令切换光开关5通道到待测量的传感光纤6，并配置脉冲发生模块2产生电脉冲，输送至激光源1产生光脉冲信号，中心波长为λ0。在返回的后向散射光中经光滤波器模块7分离后提取瑞利散射信号λ0，在数据采集和处理模块9上记录脉冲发出到接收返回瑞利散射信号λ0所用的时间，依据OTDR原理计算出光纤长度。
由于采用了与激光源1发送的光脉冲波长一致的后向瑞利散射光，这样能保证使得光纤长度测量的准确性。
S104，依据光脉冲后向散射得到的波长为λ0的瑞利散射光信号，计算得到传感光纤的瑞利散射信号强度衰减曲线，结合光纤长度得到传感光纤上的每一点光学损耗信息。
在利用瑞利散射信号λ0测量光纤的光学损耗信息中，数据采集和处理模块9根据PC机单元10的命令切换光开关5通道到待测量的传感光纤6，并配置脉冲发生模块2产生电脉冲，传送至激光源1产生光脉冲信号，中心波长为λ0。在返回的后向散射光中经光滤波器模块7分离后提取瑞利散射信号λ0，在数据采集和处理模块9上采集并处理得到的瑞利散射信号，经过计算得到该光脉冲下瑞利散射信号在该光纤上的信号强度衰减曲线，即可测量光纤沿途的光学损耗信息。
S105，依据同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤的反斯托克斯散射光强度衰减曲线和斯托克斯散射光强度衰减曲线，结合光纤长度并依据两强度衰减曲线的比值曲线计算传感光纤各点分布的温度。
数据采集和处理模块9根据PC机单元10的命令切换光开关5通道到待测量的传感光纤6，并配置脉冲发生模块2产生电脉冲，传送至激光源1产生光脉冲信号，中心波长为λ0。在步骤S103中已经通过提取瑞利散射信号λ0计算出该光纤长度，此时通过光滤波器模块7分别得到波长为λ0-Δλ的反斯托克斯信号和波长为λ0+Δλ的斯托克斯信号。经过光电转换和信号放大模块8后，在数据采集和处理模块9上得到反斯托克斯散射光(λ0-Δλ)和斯托克斯散射光(λ0+Δλ)沿着该光纤的强度衰减曲线，通过两者的强度衰减曲线的比值曲线，再依据分析算法可计算得到传感光纤6上各个点分布的温度大小。
在进行双端口测量时，再从传感光纤6的另一端发送一次光脉冲进行测量即可。
具体地，采用双端口测量时，光开关5中第一输出端口CH1和第二输出端口CH2的传感器光纤6末端相连，且光开关5依次切换光脉冲从第一输出端口CH1、第二输出端口CH2输出。
在步骤S105中，如图5所示，具体包括：
S1051，获取第一输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第一输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I1 λo-Δλ(z)，I1 λo+Δλ(z)，及比值曲线η1(z)＝I1 λo+Δλ(z)/I1 λo-Δλ(z),其中z为传感光纤内某点至入射端面的距离。Iλo-Δλ(z)表示光纤上z点位置后向散射反斯托克斯光的强度；Iλo+Δλ(z)表示光纤上z点位置后向散射斯托克斯光的强度。
S1052，获取第二输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第二输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I2 λo-Δλ(z)，I2 λo+Δλ(z)，及比值曲线η2(z)＝I2 λo+Δλ(L-z)/I2 λo-Δλ(L-z),其中L为传感光纤长度。
S1053，将第一输出端口和第二输出端口得到的比值曲线做均值计算：
得到均值曲线。
S1054，结合光纤长度并依据均值曲线计算传感光纤各点分布的温度。
在双端温度测量中，光开关5某两个通道光纤的末端需要焊接起来。
假定此时光开光5输出端53的CH1和CH2两通道光纤焊接起来。数据采集和处理模块9根据PC机单元10的命令切换光开关2通道到CH1，可分别得到沿着CH1→CH2光纤上反斯托克斯散射光(λ0-Δλ)和斯托克斯散射光(λ0+Δλ)的强度衰减曲线I1 λo-Δλ(z)，I1 λo+Δλ(z)；同样地，光开关2切换到通道CH2，可分别得到沿着CH1→CH2光纤上反斯托克斯散射光(λ0-Δλ)和斯托克斯散射光(λ0+Δλ)的强度衰减曲线I2 λo-Δλ(z)，I2 λo+Δλ(z)。在数据采集和处理模块9上，通过将衰减曲线I1 λo-Δλ(z)，I1 λo+Δλ(z)作比值η1(z)＝I1 λo+Δλ(z)/I1 λo-Δλ(z))，同理对第二输出端口的衰减曲线I2 λo-Δλ(z)，I2 λo+Δλ(z)作比值η2(z)＝I2 λo+Δλ(L-z)/I2 λo-Δλ(L-z)，即可抵消掉光在传播过程中光强波动对温度分辨率的影响。对两个端口的比值曲线进行长度上的对准及均值计算
再依据分析算法可计算得到传感光纤上各个点的温度大小。
本发明的系统100包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的测量方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述异步消息处理终端设备中的执行过程。
所述系统可包括但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述部件仅仅是基于系统的示例，并不构成对系统的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。
本发明的方法集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。本发明计算机可读存储介质具体实施方式与上述测量方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
需说明的是，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为清楚地说明本发明所作的举例，并非因此限制本发明的专利范围，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是在本发明的构思下，利用本发明技术方案中的内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种多功能光纤分布式温度传感系统，包括：
激光源、脉冲发生模块、光放大器、ASE滤波器、传感光纤、光滤波器模块、光电转换和信号放大模块、数据采集和处理模块以及PC机单元；
其特征在于，还包括设置有多个输出端的光开关，每一输出端连接一传感光纤；
所述激光源与脉冲发生模块、光放大器连接，所述ASE滤波器与光放大器、光开关、光滤波器模块连接，所述光电转换和信号放大模块与光滤波器模块、数据采集和处理模块连接，所述数据采集和处理模块和脉冲发生模块、PC机单元连接；
所述脉冲发生模块用于产生特定频率、幅度的触发信号，用于触发激光源产生光脉冲；
所述激光源用于产生一定波长的光脉冲并输送至光放大器上；
所述光放大器对激光源产生的光脉冲进行功率放大并输送至ASE滤波器上；
所述ASE滤波器过滤掉被放大的自发辐射并将光脉冲输送至光开关；
所述光开关可将光脉冲切换输送至任一传感光纤上；
所述传感光纤在传输光脉冲的过程中将不断产生后向散射光，后向散射光中经ASE滤波器反射输送至光滤波器模块中；
所述光滤波器模块接收来自ASE滤波器反射的后向散射光，并将后向散射光中波长为λ0-Δλ反斯托克斯散射光，波长为的λ0瑞利散射光，波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光分离开，分别输送至光电转换和信号放大模块；
所述光电转换和信号放大模块将从光滤波器模块中返回的微弱散射光信号转化为电信号再进行放大，放大后的电信号输送至数据采集和处理模块；
所述数据采集和处理模块用于控制脉冲发生模块产生特定频率、幅度的脉冲信号，并对光电转化和信号放大模块输送的电信号进行采集和数据算法处理；
所述PC机单元用于显示由数据采集和处理模块处理过的信号，以及配置数据采集和处理模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光滤波器模块包括依次连接的λ0-Δλ滤波器、λ0+Δλ滤波器、λ0滤波器，其中：
λ0-Δλ滤波器的输入端与ASE滤波器连接，λ0-Δλ滤波器的反射端与λ0+Δλ滤波器的输入端连接；
λ0+Δλ滤波器的反射端与λ0滤波器的输入端连接；
λ0-Δλ滤波器、λ0+Δλ滤波器、λ0滤波器的输出端分别输出波长为λ0-Δλ、λ0+Δλ、λ0的光至光电转换和信号放大模块上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光开关包括一个输入端，一个控制端以及多个输出端，每一输出端连接一传感光纤，控制端切换输入端与其中一输出端的连接实现多通道单端口或双端口测量。
4.一种测量方法，应用于如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：
S101，获取激光源所发光脉冲在传感光纤中的后向散射光信号；
S102，将所述后向散射光信号分离成波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0的瑞利散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光三种不同波长的光信号；
S103，将所述波长为λ0的瑞利散射光信号依据光时域反射原理计算光纤长度；
S104，依据光脉冲后向散射得到的波长为λ0的瑞利散射光信号，计算得到传感光纤的瑞利散射信号强度衰减曲线，结合光纤长度得到传感光纤上的每一点光学损耗信息；
S105，依据同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤的反斯托克斯散射光强度衰减曲线和斯托克斯散射光强度衰减曲线，结合光纤长度并依据两强度衰减曲线的比值曲线计算传感光纤各点分布的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用双端口测量时，光开关中第一输出端口和第二输出端口的传感器光纤末端相连，且光开关依次切换光脉冲从第一输出端口、第二输出端口输出；
在步骤S105中，具体包括：
S1051，获取第一输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第一输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I1 λo-Δλ(z)，I1 λo+Δλ(z)，及比值曲线η1(z)＝I1 λo+Δλ(z)/I1 λo-Δλ(z),其中z为传感光纤内某点至入射端面的距离；
S1052，获取第二输出端口同一光脉冲后向散射得到的所述波长为λ0-Δλ的反斯托克斯散射光、波长为λ0+Δλ的斯托克斯散射光信号，计算得到传感光纤沿第二输出端口方向的反斯托克斯后向散射光强度衰减曲线和斯托克斯后向散射光强度衰减曲线I2 λo-Δλ(z)，I2 λo+Δλ(z)，及比值曲线η2(z)＝I2 λo+Δλ(L-z)/I2 λo-Δλ(L-z),其中L为传感光纤长度；
S1053，将第一输出端口和第二输出端口得到的比值曲线做均值计算：
得到均值曲线；
S1054，结合光纤长度并依据均值曲线计算传感光纤各点分布的温度。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求4-5中任一项所述的方法。
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| CN117091686B (zh) * | 2023-09-04 | 2024-04-09 | 江南大学 | 一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器 |
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