CN112414586A - 一种dts光纤测温装置的温度误差修正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法及系统。方法包括：对热温点数据偏差进行校正；校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti‑Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。系统包括：热温点校正模块，用于对热温点数据偏差进行校正；系统温度波动修正模块，用于校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti‑Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。本发明通过对长距离测温的热温点数据偏差进行校正，以及对系统引起的温度波动进行修正，能够在不同的高低温下以及长距离测温下均满足测温精度要求，保证电力电缆安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力温度监测技术领域，特别涉及一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法及系统。
背景技术
在城市输配电网系统中，大量采用电缆作为传输载体。随着城市管廊建设的发展，电缆逐渐由架空线转入地下，进一步提升了供电的稳定性和可靠性。电缆在运行中，受到电场、磁场、热、光及水分等因素的影响而发生绝缘老化，导致绝缘性能降低，严重时会发生火灾。电力电缆运行工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，其运行状态的异常或故障通常表现出温度的异常变化。分布式光纤测温装置通过对电力电缆运行温度及隧道环境温度实时在线监测，已经成为电力电缆及隧道智能化的重要内容。
目前，隧道及电力电缆光纤测温项目逐渐推广应用，并实现产品和工程应用规范化。市场上的分布式光纤测温产品厂家和种类较多，在测试中发现装置在常温下及短距离测温精度尚可，但在高低温下测试精度差异参差不齐，特别是在电力管廊长距离测温下不能满足测温精度要求。分布式光纤测温装置是将整个测温光纤作为传感器，可以测试沿线所有点的实时温度。温度精度作为光纤测温重要的一个指标，其要求光纤沿线所有点都必须满足标准要求。根据温度解调公式：
其中，T为光纤沿线某位置的待测温度，T0为标定位置处(即定标光纤)的实际温度，即定标温度，KB为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，Δν为拉曼频移，Vas(T,L)为采集卡得到的光纤沿线待测温度下Anti-Stokes光信号电压(功率)，Vs(T,L)为采集卡得到的光纤沿线待测温度下Stokes光信号电压；Vas(T0,L)为根据标定位置L＝0及其温度T0下，经衰减计算Anti-Stokes光信号电压；Vs(T0,L)为根据标定位置L＝0及其温度T0下，经衰减计算Stokes光信号电压。
实验发现，脉冲光在背向散射过程中，由于Stoke和Anti-Stoke光在光纤传输中的速度不同，在数据采集过程中，导致热温点反应在Stoke(Vs(T,L))和Anti-Stoke(Vas(T,L))数据的不一致，特别是在长距离测温过程中，热温点数据偏差会越来越大(如图1所示)，导致在温度计算中出现热温点边缘温度抖动过大超出温度精度范围或出现热温点温度计算不准确。同时，在装置在实际运行中，由于器件的性能受温度或外界干扰等多方面影响，造成在相同的温度T下的Stoke光信号电压(Vs(T,L))采集数据和Anti-Stoke光信号电压(Vas(T,L))采集数据也会有不同程度的差异，因此在的温度计算中，也会造成数据的差异。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法及系统，能够在不同的高低温下以及长距离测温下均满足测温精度要求，保证电力电缆安全运行。
第一方面，本发明实施例提供了一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，包括：
对长距离测温的热温点数据偏差进行校正。
校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述对长距离测温的热温点数据偏差进行校正包括：
进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m。
由于n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标。
计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)。
根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动包括：
获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)。
根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)。
根据温度解调公式计算全线所有点的温度T。
根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部，对应安装温度传感器，所述定标光纤和所述温度传感器封闭在一个固定盒子内。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述定标光纤的长度为50m至300m。
第二方面，本发明实施例还提供了一种DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，包括：
长距离热温点校正模块，用于对长距离测温的热温点数据偏差进行校正。
系统温度波动修正模块，用于校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述长距离热温点校正模块包括：
长度采样单元，用于进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m。
位置计算单元，根据n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标。
对应位置计算单元，用于计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)。
对应采样数据计算单元，用于根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
代入修正单元，用于将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统温度波动修正模块包括：
电压采集单元，用于获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)。
电压计算单元，用于根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)。
温度计算单元，用于根据温度解调公式计算全线所有点的温度T。
温度差值计算单元，用于根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
温度修正单元，用于根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括温度感应模块。
所述温度感应模块和所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部。
所述温度感应模块和所述定标光纤封闭在一个固定盒子内。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述定标光纤的长度为50m至300m。
本发明实施例的有益效果是：
本发明通过对长距离测温的热温点数据偏差进行校正，以及对系统引起的温度波动进行修正，能够在不同的高低温下以及长距离测温下均满足测温精度要求，保证电力电缆安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明DTS光纤测温装置的温度误差修正方法的流程图；
图2为本发明Stokes光信号电压和Anti-Stokes光信号电压数据偏差示意图；
图3为本发明Stokes光采样数据和Anti-Stokes光采样数据对应关系示意图；
图4为本发明DTS光纤测温装置的温度修正流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1至图4，本发明的第一个实施例提供一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，包括：
对长距离测温的热温点数据偏差进行校正。
校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
本发明实施例提供了第一种可能的实施方式，其中，所述对长距离测温的热温点数据偏差进行校正包括：
进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m。
在分布式光纤测温装置实际运行中，由同步信号触发激光器发出脉冲光，同时采集卡同步采样，由于脉冲光在光纤中传输速率不一样，造成数据采集长度也不一样，由于Stokes光传输较慢，当数据采集完成时，Stokes光的采样长度n≥Anti-Stokes光的采样长度为m。数据温度采样点实际的对应关系如图3所示。
由于n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标。
计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)。
根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
本发明实施例提供了第二种可能的实施方式，其中，所述校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动包括：
获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)。
根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)。
根据温度解调公式计算全线所有点的温度T。
根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
本发明实施例提供了第三种可能的实施方式，其中，所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部，对应安装温度传感器，所述定标光纤和所述温度传感器封闭在一个固定盒子内。
本发明实施例提供了第四种可能的实施方式，其中，所述定标光纤的长度为50m至300m。
请参照图1至图4，本发明的第二个实施例提供一种DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，包括：
长距离热温点校正模块，用于对长距离测温的热温点数据偏差进行校正。
系统温度波动修正模块，用于校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
其中，所述长距离热温点校正模块包括：
长度采样单元，用于进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m。
位置计算单元，根据n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标。
对应位置计算单元，用于计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)。
对应采样数据计算单元，用于根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
代入修正单元，用于将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
其中，所述系统温度波动修正模块包括：
电压采集单元，用于获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)。
电压计算单元，用于根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)。
温度计算单元，用于根据温度解调公式计算全线所有点的温度T。
温度差值计算单元，用于根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
温度修正单元，用于根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
其中，还包括温度感应模块。
所述温度感应模块和所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部。
所述温度感应模块和所述定标光纤封闭在一个固定盒子内。
其中，所述定标光纤的长度为50m至300m。
本发明实施例旨在保护一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法及系统，具备如下效果：
本发明通过对长距离测温的热温点数据偏差进行校正，以及对系统引起的温度波动进行修正，能够在不同的高低温下以及长距离测温下均满足测温精度要求，保证电力电缆安全运行。
本发明实施例所提供的DTS光纤测温装置的温度误差修正方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，从而能够在不同的高低温下以及长距离测温下均满足测温精度要求，保证电力电缆安全运行。
所述功能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，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，其特征在于，包括：
对热温点数据偏差进行校正；
校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
2.根据权利要求1所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，其特征在于，所述对热温点数据偏差进行校正包括：
进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m；
由于n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标；
计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)；
根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
3.根据权利要求1所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，其特征在于，所述校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动包括：
获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)；
根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)；
根据温度解调公式计算全线所有点的温度T；
根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
4.根据权利要求3所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，其特征在于，所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部，对应安装温度传感器，所述定标光纤和所述温度传感器封闭在一个固定盒子内。
5.根据权利要求3所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正方法，其特征在于，所述定标光纤的长度为50m至300m。
6.一种DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，其特征在于，包括：
热温点校正模块，用于对热温点数据偏差进行校正；
系统温度波动修正模块，用于校正Stoke光信号电压Vs(T,L)和Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)的系统波动。
7.根据权利要求6所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，其特征在于，所述校正模块包括：
长度采样单元，用于进行数据采样，Stokes光的采样长度n，Anti-Stokes光的采样长度为m；
位置计算单元，根据n≥m，计算Stokes光的采样数据每一点对应Anti-Stokes采样数据的位置
其中x为采样的横坐标，y为采样的纵坐标；
对应位置计算单元，用于计算Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes采样数据对应的位置区间(p,q)，其中p＝x·m/n(x＝0,1,2...n-1)，q＝p+1，得到该区间的坐标位置分别是(xp，yp)，(xq，yq)；
对应采样数据计算单元，用于根据直线拟合公式得到Stokes光的采样数据每一点在Anti-Stokes光的采样数据
代入修正单元，用于将修正后的Anti-Stokes光的数据采样ynew代入温度解调公式，修正因Anti-Stokes光的采样长度和Anti-Stokes光的采样长度不一致造成的温度计算误差。
8.根据权利要求6所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，其特征在于，所述系统温度波动修正模块包括：
电压采集单元，用于获取定标光纤的散射曲线数据Anti-Stoke光信号电压Vas(T,L)和Stoke光信号电压Vs(T,L)；
电压计算单元，用于根据定标光纤的首端采样数据和光纤衰耗计算出温度在T0下的Anti-Stoke光信号电压Vas(T0,L)和Stoke光信号电压Vs(T0,L)；
温度计算单元，用于根据温度解调公式计算全线所有点的温度T；
温度差值计算单元，用于根据温度解调公式得出定标光纤处的计算温度为T0,在定标光纤处选n个点，求出温度计算值和温度传感器测量值的温度差值
温度修正单元，用于根据温度差值T＝T+ΔT对全线温度点进行修正。
9.根据权利要求8所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，其特征在于，还包括温度感应模块；
所述温度感应模块和所述定标光纤安装在分布式光纤测温装置的内部；
所述温度感应模块和所述定标光纤封闭在一个固定盒子内。
10.根据权利要求8所述的DTS光纤测温装置的温度误差修正系统，其特征在于，所述定标光纤的长度为50m至300m。
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2020
- 2020-11-26 CN CN202011348237.0A patent/CN112414586A/zh active Pending
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