CN114414098A - 一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法 - Google Patents

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CN114414098A CN202210089748.8A CN202210089748A CN114414098A CN 114414098 A CN114414098 A CN 114414098A CN 202210089748 A CN202210089748 A CN 202210089748A CN 114414098 A CN114414098 A CN 114414098A
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张均
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杜超
赵爽
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Abstract

本发明一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法，属于分布式光纤温度传感技术领域；解决了分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤同时存在多个温度测量不准确区域问题；包括如下步骤：获取分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布；寻找传感光纤温度分布的所有峰值；对传感光纤温度分布做拟合前的预处理；判定处理后的曲线的波峰值的个数，对处理后的曲线进行数学拟合；设定半高全宽的阈值范围，并计算拟合后的曲线所有峰值的半高全宽，判定所有半高全宽所属的阈值范围；确定各个半高全宽阈值范围内的校正公式，用对应的校正公式校正宽温区内发生温度突变但测量不准确的温度，获得沿传感光纤准确的温度分布；本发明应用于分布式光纤测温。

Description

一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法
技术领域
本发明用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法，属于分布式光纤温度传感技术领域。
背景技术
分布式光纤拉曼测温系统是一种可用于长距离、分布式测量温度场的新型传感技术，广泛应用于电力电缆、火灾预警、地铁隧道、天然气管道、地下煤矿井等领域的温度分布检测。分布式光纤拉曼测温系统的性能指标包括空间分辨率、测量时间、定位精度、温度精度四个参数，其中，空间分辨率是指能够准确测量光纤各点温度的最小距离，是分布式光纤拉曼测温系统最重要的性能指标之一。在分布式拉光纤曼测温系统的测温过程中，当传感光纤的温度变化区域小于该系统的空间分辨率时，系统测得的温度值将大于(温度低于0℃)或小于(温度高于0℃)真实值，导致温度测量不准确。因此，在用到分布式光纤拉曼测温系统测温的诸多领域都对其空间分辨率提出了较高的要求，以便于准确测量更小温度变化区域的温度值。
目前，提高空间分辨率通常采用硬件改进和算法优化两种解决方法。硬件改进的方式来提高系统空间分辨率主要是通过改善激光脉冲宽度、光电探测器的响应时间和数据采集卡的采集速率三个参数实现，但成本比较高。因此，在现有传感系统的基础上，通过算法优化的方式提高系统已有空间分辨率，并实现现场应用对分布式光纤拉曼传感技术的发展具有重要意义。
利用算法优化的方式提高分布式光纤拉曼测温系统的空间分辨率：Zhang等人(Improving Spatial Resolution of Raman DTS Using Total VariationDeconvolution，IEEE Sensors，2016)报道了一种总变换反卷积算法将空间分辨率提高到15cm；宁枫等人(一种提高分布式光纤测温系统空间分辨率的线性修正算法[J]，光子学报(4)，2012)报道了一种线性修正算法，将10km长的单模光纤的空间分辨率提升到了3m；王玎睿等人(一种分布式光纤拉曼测温系统信号自适应干扰抵消方法：CN202010190966.1)报道了一种自适应干扰抵消方法提高了系统的空间分辨率。但是，以上方法均不能解决沿传感光纤存在多个温度变化区域小于系统空间分辨率(即沿传感光纤同时存在多个温度测量不准确区域)的情况；针对可用于宽温区发生温度变化区域小于空间分辨率时的温度校正方法也未提及，因此，现有的分布式光纤拉曼测温技术难以推广到被测对象可能同时发生多点温度突变以及工作温度范围大的应用环境。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，包括如下步骤：
S1：获取分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布；
S2：寻找传感光纤温度分布的所有峰值，包括波峰值和波谷值；
S3：对传感光纤温度分布做拟合前的预处理，获得处理后的曲线；
S4：判定处理后的曲线的波峰值的个数，对处理后的曲线进行数学拟合，并对自动调整拟合时使用的数学方法，获得拟合后的曲线；
S5：设定半高全宽的阈值范围，并计算拟合后的曲线所有峰值的半高全宽，判定所有半高全宽所属的阈值范围；
S6：确定各个半高全宽阈值范围内的校正公式，用对应的校正公式校正宽温区内发生温度突变但测量不准确的温度，获得沿传感光纤准确的温度分布。
所述步骤S1具体包括：
读取参考光纤的温度值T0，从数据采集卡中获取反映参考光纤反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias0、Is0；
从数据采集卡中获取反映传感光纤反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias、Is，利用双路解调公式获取传感光纤未滤波的温度值T(z)，滤波后得到沿传感光纤的温度分布T_wavelet(z)：
Figure BDA0003488711930000021
上式中：k是波尔兹曼常量，h是波朗克常量，Δv是光纤分子的声子频率。
所述步骤S2具体包括：
S2.1：确定传感光纤温度分布的温度基准值；
S2.2：对传感光纤的温度分布求导，寻找温度分布的所有极值，包括所有极大值T_MaxValue(zi)和所有极小值T_MinValue(zj)，其中，i＝1，2，3…m1，j＝1，2，3…m2；
S2.3：将所有极大值与极小值与基准值作差，获得所有差值的绝对值Diff_MaxValue(zi)，Diff_MinValue(zj)；
S2.4：设置差值阈值，将差值绝对值与阈值比较，差值绝对值小于阈值的极值被剔除，大于阈值的极值被保留，获得沿传感光纤因温度变化所引起的所有峰值，包括极大值T_MaxValue_New(zi)，极小值T_MinValue_New(zj)，其中，i＝1，2，3…NumMax，j＝1，2，3…NumMin，其中NumMax为差值大于阈值的极大值个数，NumMin为差值大于阈值的极小值个数。
所述步骤S3具体包括：
S3.1：将原始的传感光纤温度分布做平移处理，使得常温的温度平移到与T_wavelet(z)＝0轴重合；
S3.2：对传感光纤温度做关于T_wavelet(z)＝0的翻转变换，使所有数据均位于T_wavelet(z)＝0轴的上方，获得处理后的曲线T_deal(z)。
所述步骤S4具体包括：
根据NumMax与NumMin和的大小选定相应的拟合函数，具体拟合函数的计算公式如下：
当NumMax+NumMin＝1时，拟合函数为：
Figure BDA0003488711930000031
当NumMax+NumMin＝2时，拟合函数为：
Figure BDA0003488711930000032
当NumMax+NumMin＝3，4，…m时，拟合函数为：
Figure BDA0003488711930000033
上式中：a1、a2…an为多峰高斯拟合后每个波峰的高度，b1、b2…bn为多峰高斯拟合后每个波峰曲线在x轴的中心，c1、c2…cn为多峰高斯拟合后每个波峰的宽度，e为2.718。
所述步骤S5中传感光纤温度分布拟合后的所有波峰值的半高全宽的计算公式为：
Figure BDA0003488711930000034
上式中：cj为多峰高斯拟合后每个波峰的宽度。
所述步骤S6具体包括：
传感光纤上设定温度变化区域小于系统空间分辨率的温度突变点，利用传感光纤和标准温度计同时测量温度变化区域的温度值，找寻传感光纤测得温度值和标准温度计测得温度值的函数关系，对于高温突变和低温突变，校正公式为分段函数：
Figure BDA0003488711930000035
上式中：T为校正后的温度值，k1为峰值大于零时拟合后的斜率系数，k2为峰值小于零时拟合后的斜率系数，z1为峰值大于零时拟合后的截距系数，z2为峰值小于零时拟合后的截距系数，T_wavelet为校正前的温度值。
一种分布式光纤拉曼测温系统，包括脉冲光源、波分复用器、参考光纤、测温装置、传感光纤、光电探测器、数据采集卡和计算机，激光从脉冲光源中发出进入波分复用器，经所述波分复用器进入测量光纤；测量光纤的前段设置有参考光纤，并有测温装置实时测量参考光纤的温度值，测量光纤后段设置有传感光纤；
所述测量光纤为多模光纤，光纤中产生后向拉曼散射光由所述波分复用器分成拉曼斯托克斯光和反斯托克斯光进入光电探测器；所述光电探测器将光信号转换为模拟电压信号，传递给数据采集卡；所述数据采集卡将模拟电压信号转换为数字信号传递给计算机；所述计算机处理数字电压信号获得分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布，并在显示界面上显示。
所述参考光纤放置于恒温环境中，所述传感光纤包括2m、1.5m的光纤环，且2m、1.5m的光纤环放置在恒温槽中。
所述计算机内部集成有分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法的判断程序。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：通过本发明所提出的方法，不仅可以自动识别多个温度突变点，对多个温度测量不准确的突变数据进行实时校正，还可以校正宽温区(-60℃～70℃)内温度变化区域小于已有空间分辨率所引起的不准确温度。该方法不仅能够在不增加硬件成本的条件下提高已有空间分辨率，而且其对宽温区(-60℃～70℃)内发生温度突变但测量不准确的温度进行统一处理的方案为分布式光纤拉曼测温系统的工程应用带来了便利。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明提供的一种可用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法中分布式光纤拉曼测温系统的结构示意图。
图2是本发明用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法的简略步骤流程图。
图3是本发明分布式光纤拉曼测温系统温度解调流程示意图。
图4是本发明提供的一种可用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法的详细步骤流程示意图。
图5是2m光纤环和1.5m光纤环测得的温度值与标准温度计测得的温度值拟合前后的函数关系示意图。
图6是两个位置发生低温突变时的原始温度分布和预处理并采用双峰高斯拟合后的温度分布示意图。
图7是使用本发明的用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法校正前后的温度分布示意图。
图中：1为脉冲光源、2为波分复用器、3为参考光纤、4为测温装置、5为传感光纤、6为光电探测器、7为数据采集卡、8为计算机。
具体实施方式
如图1至图7所示，本发明为了解决分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤同时存在多个温度测量不准确区域以及被测对象工作温度范围大且可能发生温度变化区域小于空间分辨率情况的温度校正等问题，提供了一种可用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法，本发明主要通过以下技术方案实现。
本发明的分布式光纤拉曼测温系统的测温过程包括：波长为1550nm，脉宽为5ns的激光从脉冲光源1中发出进入波分复用器2，经波分复用器2进入测量光纤；测量光纤的前段设有参考光纤3，并有测温装置4实时测量参考光纤3的温度值，测量光纤后段是传感光纤5；测量光纤为多模光纤，纤芯和包层直径为62.5/125μm；光纤产生后向拉曼散射光由波分复用器2分成拉曼斯托克斯和反斯托克斯光进入光电探测器6，光电探测器6将光信号转换为模拟电压信号，传递给数据采集卡7；数据采集卡7的采集频率为150MHz，将模拟电压信号转换为数字信号传递给计算机8；计算机8处理数字电压信号获得分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布。
本发明的用于一种分布式光纤拉曼测温系统及其多点温度校正方法包括如下步骤：
第一步，获取分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布。读取参考光纤3的温度值T0，从数据采集卡7中获取反映参考光纤3反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias0、Is0；从数据采集卡7中获取反映传感光纤5反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias、Is，利用下述双路解调公式获取传感光纤未滤波的温度值T(z)，滤波后得到沿传感光纤的温度分布T_wavelet(z)：
Figure BDA0003488711930000051
其中，k是波尔兹曼常量，为1.38×10-23J/K，h是波朗克(Planck)常量，为6.63×10-34J·s，Δv是光纤分子的声子频率，为1.32×1013Hz。
第二步，寻找传感光纤温度分布的所有峰值。确定传感光纤温度分布的温度基准值，可选用常温值；对传感光纤的温度分布求导，寻找温度分布的所有极值，包括所有极大值T_MaxValue(zi)和所有极小值T_MinValue(zj)，其中，i＝1，2，3…m1，j＝1，2，3…m2；将所有极大值与极小值与基准值作差，获得所有差值的绝对值Diff_MaxValue(zi)，Diff_MinValue(zj)；根据分布式光纤拉曼测温系统的测温精度选取合适的差值阈值，将差值绝对值与阈值比较，差值绝对值小于阈值的极值被剔除，大于阈值的极值被保留，即在极大值T_MaxValue(zi)、极小值T_MinValue(zj)中去掉因噪声存在引起的温度波动被误判为温度测量不准确的极值点，获得沿传感光纤因温度变化所引起的所有峰值，包括极大值T_MaxValue_New(zi)，极小值T_MinValue_New(zj)，其中，i＝1，2，3…NumMax(NumMax为差值大于阈值的极大值个数)，j＝1，2，3…NumMin(NumMin为差值大于阈值的极小值个数)。
第三步，对传感光纤温度分布做拟合前的预处理。首先，将原始的传感光纤温度分布做平移处理，使得常温的温度平移到与T_wavelet(z)＝0轴大致重合；然后，对传感光纤温度做关于T_wavelet(z)＝0的翻转变换，使所有数据均位于T_wavelet(z)＝0轴的上方，获得处理后的曲线T_deal(z)。
第四步，判定传感光纤温度分布的峰值个数，选用合适的函数进行拟合。判定NumMax与NumMin和的大小选定相应的拟合函数：
Figure BDA0003488711930000061
(NumMax+NumMin＝1)；
Figure BDA0003488711930000062
(NumMax+NumMin＝2)；
Figure BDA0003488711930000063
(NumMax+NumMin＝3，4，…m)。
上述公式是分别针对传感光纤温度分布存在一个峰值，两个峰值的高斯拟合函数，对于含有两个以上峰值的温度分布可据此类推获得对应的高斯拟合函数。
第五步，设定半高全宽的阈值范围，并计算传感光纤温度分布拟合后的所有波峰值的半高全宽。由于分布式光纤拉曼测温系统含有高斯白噪声，所以对同一温度的多次测量会有一定的差别，其半高全宽也因噪声的缘故在一定范围内变化。因此，同一温度变化区域内的半高全宽的概率密度服从正态分布。对同一温度做n次重复实验，传感光纤上设定温度变化区域小于系统空间分辨率的温度突变点，可以根据下列公式确定温度变化区域对应的半高全宽平均值
Figure BDA0003488711930000071
根据贝塞尔公式确定n次重复实验的半高全宽的标准偏差：
Figure BDA0003488711930000072
根据上述公式可以分别确定n次重复实验所对应的半高全宽平均值
Figure BDA0003488711930000073
和半高全宽的标准偏差s，n次重复实验发现，温度变化区域与每次实验所测得的半高全宽相差不大，所以可用半高全宽表征温度变化区域。每一次实验所测得的半高全宽落在阈值范围为
Figure BDA0003488711930000074
的概率(95％以上)满足实际应用需求，所以可以依据阈值范围判定半高全宽测量值是否属于某一类温度变化区域。计算传感光纤温度分布拟合后的所有波峰值的半高全宽，其计算方式可用
Figure BDA0003488711930000075
公式获得。
第六步，确定各个半高全宽的阈值范围内的校正公式。传感光纤上设定温度变化区域小于系统空间分辨率的温度突变点，利用传感光纤和标准温度计同时测量温度变化区域的温度值，找寻传感光纤测得温度值和标准温度计测得温度值的函数关系，对于高温突变和低温突变，校正公式为分段函数：
Figure BDA0003488711930000076
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：
本发明采用的测量光纤是总长度为150m的多模光纤，前段绕制10m的参考光纤3放在恒温环境中，由测温装置4测量参考光纤3的温度值。参考光纤3后端为传感光纤5，在传感光纤5段分别将绕制2m(接近空间分辨率)、1.5m(小于空间分辨率)的光纤环放在恒温槽中，同时将温度精度为0.01℃的标准温度计的温度探头放在恒温槽中，准确测量恒温槽的温度值。恒温槽的温度分别设置为：-60℃、-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃；以标准温度计测得的各个温度值为横坐标，以温度变化区域为2m所测得的各个温度点的峰值作为纵坐标，作图并进行函数拟合，发现传感光纤测得的温度与标准温度计测得的温度之间存在线性关系，如图5所示，拟合度为99.86％。同理，对1.5m光纤环用相同的方式拟合，也存在线性关系，如图5所示，拟合度为99.97％。高于室温时找寻函数关系与上述低于室温的方法相同，实验结果发现，低于室温和高于室温的线性关系不同，可视为分段函数，并在各自的温度变化区域内分段线性。
将2m、1.5m光纤环分别放入上述多个温度环境中，每种温度环境进行10次重复实验，确定每次实验中2m、1.5m光纤环所对应的半高全宽，根据预先做的10次实验以及半高全宽的阈值范围公式，确定2m光纤环半高全宽阈值范围约为(2m，3m)，1.5m光纤环半高全宽阈值范围约为(1m，2m)。
将传感光纤分别绕制2m、1.5m放置在-40℃的低温槽中，实测为-40.39℃，其他光纤放置在常温中，解调获取分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布T_wavelet(z)，2m温度变化区域测得的温度值为-35.78℃，1.5m温度变化区域测得的温度值为-20.45℃，2m、1.5m温度变化区域的测得的温度值均与恒温槽中的真实温度值相差较大，因此，需要对测量不准确的温度值进行校正。
对沿传感光纤的温度分布求导，找到所有极小值，由于噪声存在，找到的极小值个数远大于由低温引起的温度突变点的个数，用所有极小值减去常温值并求绝对值，绝对值大于阈值的判定为由低温引起的温度突变，由于本系统的温度精度为±1.5℃，所以阈值取5℃可以正确识别是由恒温槽温度变化还是由噪声引起的温度突变的极小值，记录由恒温槽温度变化引起的温度变化极小值的个数为2。
实例中测得沿传感光纤的温度分布曲线为T，用传感光纤的所有温度分布值减去常温温度值，将传感光纤的温度分布曲线平移到基本与T＝0轴重合，将平移后的温度曲线直接取绝对值，可对其进行关于T＝0轴的翻转变换，经过变化后的温度分布均位于T＝0轴的上方。
根据极小值的个数选定用于拟合的函数公式为：
Figure BDA0003488711930000081
用上述公式对变化后的温度分布做双峰高斯拟合，获得含有双峰的高斯拟合曲线，结果如图6所示。用半高全宽公式求得两个波峰的半高全宽分别为2.0882m(2m光纤环对应波峰)、1.4771m(1.5m光纤环对应波峰)。判定第一个波峰的半高全宽属于(2m，3m)，判定第二个波峰的半高全宽属于(1m，2m)；将第一个波峰值带入前面求得的2m光纤环对应的线性关系求得校正后的温度值为-40.61℃，将第二个波峰值带入前面求得的1.5m光纤环对应的线性关系求得校正后的温度值为-40.87℃，校正后的温度值能正确反映恒温槽中的温度，误差最大约为0.5℃，校正前后的温度分布如图7所示。
本发明涉及一种解决分布式光纤拉曼测温系统由于温度变化区域小于空间分辨率引起温度测量不准确(2m温度变化区域的温度误差均值大于5℃，1.5m温度变化区域的温度误差均值大于20℃)的温度校正方法，包括步骤：确定沿传感光纤的温度分布；寻找温度分布的所有峰值，包括波峰值(高温突变)和波谷值(低温突变)；对温度分布进行预处理，获得处理后的曲线；判定处理后的曲线的波峰值的个数，自动调整对处理后的曲线进行数学拟合所使用的数学方法，获得拟合后的曲线；计算拟合后的曲线所有峰值的半高全宽，设定半高全宽的阈值范围，判定所有半高全宽所属的阈值范围；使用相应阈值范围内的校正公式对所有半高全宽对应的不准确波峰温度值和波谷温度值进行校正，获得校正后的温度分布。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布；
S2：寻找传感光纤温度分布的所有峰值，包括波峰值和波谷值；
S3：对传感光纤温度分布做拟合前的预处理，获得处理后的曲线；
S4：判定处理后的曲线的波峰值的个数，对处理后的曲线进行数学拟合，并对自动调整拟合时使用的数学方法，获得拟合后的曲线；
S5：设定半高全宽的阈值范围，并计算拟合后的曲线所有峰值的半高全宽，判定所有半高全宽所属的阈值范围；
S6：确定各个半高全宽阈值范围内的校正公式，用对应的校正公式校正宽温区内发生温度突变但测量不准确的温度，获得沿传感光纤准确的温度分布。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
读取参考光纤的温度值T0，从数据采集卡中获取反映参考光纤反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias0、Is0；
从数据采集卡中获取反映传感光纤反斯托克斯光强值和斯托克斯光强值的数字电压信号Ias、Is，利用双路解调公式获取传感光纤未滤波的温度值T(z)，滤波后得到沿传感光纤的温度分布T_wavelet(z)：
Figure FDA0003488711920000011
上式中：k是波尔兹曼常量，h是波朗克常量，Δv是光纤分子的声子频率。
3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
S2.1：确定传感光纤温度分布的温度基准值；
S2.2：对传感光纤的温度分布求导，寻找温度分布的所有极值，包括所有极大值T_MaxValue(zi)和所有极小值T_MinValue(zj)，其中，i＝1，2，3…m1，j＝1，2，3…m2；
S2.3：将所有极大值与极小值与基准值作差，获得所有差值的绝对值Diff_MaxValue(zi)，Diff_MinValue(zj)；
S2.4：设置差值阈值，将差值绝对值与阈值比较，差值绝对值小于阈值的极值被剔除，大于阈值的极值被保留，获得沿传感光纤因温度变化所引起的所有峰值，包括极大值T_MaxValue_New(zi)，极小值T_MinValue_New(zj)，其中，i＝1，2，3…NumMax，j＝1，2，3…NumMin，其中NumMax为差值大于阈值的极大值个数，NumMin为差值大于阈值的极小值个数。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：
S3.1：将原始的传感光纤温度分布做平移处理，使得常温的温度平移到与T_wavelet(z)＝0轴重合；
S3.2：对传感光纤温度做关于T_wavelet(z)＝0的翻转变换，使所有数据均位于T_wavelet(z)＝0轴的上方，获得处理后的曲线T_deal(z)。
5.根据权利要求4所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：
根据NumMax与NumMin和的大小选定相应的拟合函数，具体拟合函数的计算公式如下：
当NumMax+NumMin＝1时，拟合函数为：
Figure FDA0003488711920000021
当NumMax+NumMin＝2时，拟合函数为：
Figure FDA0003488711920000022
当NumMax+NumMin＝3，4，…m时，拟合函数为：
Figure FDA0003488711920000023
上式中：a1、a2…an为多峰高斯拟合后每个波峰的高度，b1、b2…bn为多峰高斯拟合后每个波峰曲线在x轴的中心，c1、c2…cn为多峰高斯拟合后每个波峰的宽度，e为2.178。
6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S5中传感光纤温度分布拟合后的所有波峰值的半高全宽的计算公式为：
Figure FDA0003488711920000024
上式中：cj为多峰高斯拟合后每个波峰的宽度。
7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法，其特征在于：所述步骤S6具体包括：
传感光纤上设定温度变化区域小于系统空间分辨率的温度突变点，利用传感光纤和标准温度计同时测量温度变化区域的温度值，找寻传感光纤测得温度值和标准温度计测得温度值的函数关系，对于高温突变和低温突变，校正公式为分段函数：
Figure FDA0003488711920000031
上式中：T为校正后的温度值，k1为峰值大于零时拟合后的斜率系数，k2为峰值小于零时拟合后的斜率系数，z1为峰值大于零时拟合后的截距系数，z2为峰值小于零时拟合后的截距系数，T_wavelet为校正前的温度值。
8.一种分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于：包括脉冲光源(1)、波分复用器(2)、参考光纤(3)、测温装置(4)、传感光纤(5)、光电探测器(6)、数据采集卡(7)和计算机(8)，激光从脉冲光源(1)中发出进入波分复用器(2)，经所述波分复用器(2)进入测量光纤；测量光纤的前段设置有参考光纤(3)，并有测温装置(4)实时测量参考光纤(3)的温度值，测量光纤后段设置有传感光纤(5)；
所述测量光纤为多模光纤，光纤中产生后向拉曼散射光由所述波分复用器(2)分成拉曼斯托克斯光和反斯托克斯光进入光电探测器(6)；所述光电探测器(6)将光信号转换为模拟电压信号，传递给数据采集卡(7)；所述数据采集卡(7)将模拟电压信号转换为数字信号传递给计算机(8)；所述计算机(8)处理数字电压信号获得分布式光纤拉曼测温系统沿传感光纤的温度分布，并在显示界面上显示。
9.根据权利要求8所述的一种分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述参考光纤(3)放置于恒温环境中，所述传感光纤(5)包括2m、1.5m的光纤环，且2m、1.5m的光纤环放置在恒温槽中。
10.根据权利要求8所述的一种分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于：所述计算机(8)内部集成有如权利要求1-8任一项所述的分布式光纤拉曼测温系统的多点温度校正方法的判断程序。
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CN114897923A (zh) * 2022-05-25 2022-08-12 中国海洋大学 天然气水合物ct图像阈值分割方法、系统、设备及介质

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