CN117848540A - 分布式光纤温度传感的自校准恒温装置及解调方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置，包括加热棒、均匀导热层、定标光纤层、导热填充层、无线温度传感器和隔热防护层，所述加热棒同轴设置于所述均匀导热层的管腔内，所述定标光纤层缠绕在所述均匀导热层的外周面上，所述导热填充层填充于所述隔热防护层与所述均匀导热层之间，所述无线温度传感器设置于所述导热填充层中且位于所述定标光纤层旁。该自校准恒温装置具有温度均匀、抗震性能好和保温效果好等优势。本发明还提供一种上述自校准恒温装置的解调系统和解调方法。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术，尤其涉及一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置及解调方法和系统。
背景技术
拉曼分布式光纤传感系统主要利用激光在光纤中传播时产生的自发拉曼散射效应，是由入射光子与光纤中的光学声子发生非弹性碰撞而产生的，非弹性碰撞导致入射光子能量转移并引起入射光子频率变化，产生低于入射光频率的斯托克斯光及大于入射光频率的反斯托克斯光。并且利用拉曼散射光仅对温度敏感的特性进行温度探测，其中散射信号较为微弱，散射强度与温度关系密切，但其对应力等其他参数变化并不敏感，正是这一特性使得拉曼散射在分布式光纤传感系统中得到了广泛的应用。
在基于拉曼分布式光纤传感的分布式光纤温度传感系统(DTSDistributedoptical fiberTemperature Sensing)中，为了能准确的测得光纤各点的温度，需要有一段光纤处于恒定的温度状态作为光纤温度测量计算的标准参考。恒温光纤温度的稳定性和精度越高，光纤温度的测量就越准确，故需要一个光纤温度定标恒温盒对光纤进行恒温处理。
如专利号为CN200920087534.7的中国专利中公开了一种光纤温度定标恒温盒，包括恒温盒盖板、紫铜恒温盒圆轴、温度传感器、半导体制冷器和散热器；其连接方式是，紫铜恒温盒圆轴上安装有温度传感器，温度传感器安装在紫铜恒温盒圆轴表面，温度定标段光纤绕置于紫铜恒温盒圆轴上，半导体制冷器置于紫铜恒温盒底部，散热器置于半导体制冷器的另一面。
但是，上述专利至少存在如下问题：
(1)将半导体制冷器置于恒温盒底部，温度定标段光纤绕置于紫铜恒温盒圆轴上，紫铜恒温盒圆轴的温度沿其轴向逐渐降低，对绕置于紫铜恒温盒圆轴上的温度定标段光纤加热并不均匀，影响温度定标的精度；
(2)内置的温度传感器需要向恒温盒外引线以传输传感信号，这就需要在恒温盒上开孔，热量会从开孔处溢出，进而影响恒温效果，且引线长时间传输信号会引起发热，也会对恒温效果产生影响；
(3)恒温盒内部以空气作为导热介质，导热效果差，内部温度不均匀，且抗震性能差、保温效果差。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置，具有温度均匀、抗震性能好和保温效果好等优势。
本发明还提供一种上述自校准恒温装置的解调系统和解调方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置，包括：
加热棒；
均匀导热层，围绕在所述加热棒的外周面上；
定标光纤层，缠绕在所述均匀导热层的外周面上；
导热填充层，围绕在所述定标光纤层的外周面上；
无线温度传感器，设置于所述导热填充层中且位于所述定标光纤层旁；
隔热防护层，围绕在所述导热填充层的外周面上；
其中，所述加热棒、均匀导热层、定标光纤层、导热填充层以及隔热防护层之间构成同轴结构。
进一步的，所述无线温度传感器包括无线感温铂电阻。
进一步的，所述加热棒包括发热丝，所述发热丝在所述加热棒两端的缠绕密度大于其在所述加热棒中间的缠绕密度。
进一步的，所述均匀导热层包括空心金属管。
进一步的，所述导热填充层包括金属薄膜、导热硅脂和导热垫片中的至少一种。
进一步的，所述隔热防护层为圆柱盒体，所述隔热防护层与所述均匀导热层同轴设置。
进一步的，所述隔热防护层包括第一隔热板、第二隔热板以及填充于所述第一隔热板与所述第二隔热板之间的纳米多孔介质材料。
进一步的，所述第一隔热板和第二隔热板包括板芯基材以及真空密封所述板芯基材的气体阻隔膜。
进一步的，所述第一隔热板和第二隔热板还包括被所述气体阻隔膜真空密封且与所述板芯基材相接触的吸气剂和干燥剂中的至少一种。
进一步的，所述纳米多孔介质材料以隔热介质材料作为主体材料，并复合于增强性纤维中。
一种解调系统，光发射模块、光波分复用模块、光电转换与放大模块、数据采集与处理模块、测温光纤以及上述的自校准恒温装置，
所述光发射模块的发射端与所述光波分复用模块的第一端相连接，所述光波分复用模块的第二端与所述自校准恒温装置中定标光纤层的一端相连接，所述光波分复用模块的第三端与所述光电转换与放大模块的输入端相连接，所述测温光纤的一端与所述自校准恒温装置中定标光纤层的另一端相连接，所述光电转换与放大模块的输出端与所述数据采集与处理模块的输入端相连接，所述数据采集与处理模块的输出端分别与所述光发射模块的输入端以及所述自校准恒温装置中的加热棒和无线温度传感器相连接。
上述自校准恒温装置的解调方法，包括如下步骤：
根据所需的采样频率以及所述定标光纤层的光纤长度，设定采样间隔时间和采样间隔距离；
按照设定的采样间隔时间采集所述无线温度传感器在不同采样时间点输出的标定温度，以及按照设定的采样间隔时间和采样间隔距离采集所述定标光纤层在不同采样时间点和不同采样位置点产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比；
根据不同采样时间点的标定温度计算平均标定温度T0，以及根据不同采样时间点和不同采样位置点的光强比计算平均光强比R(T0)；
采集所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比R(T)；
采用如下公式计算所述测温光纤所处的环境温度T，
在上式中，h为普朗克常数，ΔV为频移量，kB是玻尔兹曼系数。
本发明具有如下有益效果：
(1)本专利采用所述均匀导热层和所述加热棒构成均热装置，所述加热棒设置于所述均匀导热层内部的管腔中，由于所述加热棒为圆柱形状，而所述均匀导热层为圆管形状，同轴设置于所述均匀导热层内的加热棒的外周面与所述均匀导热层的外周面之间的距离处处相等，在所述加热棒对所述均匀导热层进行加热时，热量能够均匀的从所述加热棒的外周面传导到所述均匀导热层的外周面上，使得所述均匀导热层外周面上的各处温度均匀，以对缠绕在所述均匀导热层外周面上的定标光纤层均匀加热，可提高温度定标的精度；
(2)本专利采用所述无线温度传感器对所述定标光纤层的温度进行传感，由于所述无线温度传感器采用无线信号传输，所述隔热防护层上无需开孔供所述无线温度传感器向外引线，避免了引线开孔造成的热量外溢，可保证所述隔热防护层的隔热保温效果，也避免了引线发热对恒温效果的影响；
(3)本专利采用所述导热填充层填充所述隔热防护层的内部，利用所述导热填充层的高导热性将所述加热棒产生的热量迅速传导至所述隔热防护层的内部，减少传导过程中的热量损耗，使得所述隔热防护层内部温度均匀，以保证所述定标光纤层朝向所述金属加热管的一面及背向所述金属加热管的一面都能得到均匀加热；同时利用所述导热填充层的柔软特性在所述隔热防护层与所述均匀导热层之间形成减震缓冲地带，以避免外界冲击力通过所述隔热防护层传导至所述定标光纤层上；
(4)本专利采用所述隔热防护层围绕所述导热填充层外周面的设计，所述隔热防护层的作用为阻隔热量向外界扩散，目的主要有两个，一个为防止热量扩散对使用人员造成损伤，方便手持使用，另一个为保持所述自校准恒温装置的内部温度，降低使用能耗，由于所述隔热防护层与所述均匀导热层之间形成同轴结构，使得所述均匀导热层的外周面与所述隔热防护层的内周面之间沿热量辐射方向的距离处处相等，可使得所述导热填充层从内向外的各处导热距离相等，导热均匀性更好。
附图说明
图1为本发明提供的自校准恒温装置的结构示意图。
图2为本发明提供的自校准恒温装置中隔热防护层的结构示意图。
图3为本发明提供的解调系统的架构框图。
图4为本发明提供的解调系统的工作原理图。
图5为本发明提供的解调方法的步骤框图。
图6为本发明提供的解调方法中步骤300的分步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置，包括：
加热棒100；
均匀导热层200，围绕在所述加热棒100的外周面上；
定标光纤层300，缠绕在所述均匀导热层200的外周面上；
导热填充层400，围绕在所述定标光纤层300的外周面上；
无线温度传感器500，设置于所述导热填充层400中且位于所述定标光纤层300旁；
隔热防护层600，围绕在所述导热填充层400的外周面上；
其中，所述加热棒100、均匀导热层200、定标光纤层300、导热填充层400以及隔热防护层600之间构成同轴结构。
本专利的自校准恒温装置至少具有如下优势：
(1)本专利采用所述加热棒100和所述均匀导热层200构成均热装置，所述均匀导热层200围绕在所述加热棒100的外周面上，与所述加热棒100形成同轴结构，所述均匀导热层200各处的层厚相同，再配合圆柱形状的加热棒100，使得所述加热棒100的外周面与所述均匀导热层200的外周面之间沿热量辐射方向的距离处处相等，所述均匀导热层200可将所述加热棒100产生的热量均匀地向外传递，以对缠绕在所述均匀导热层200外周面上的定标光纤层300均匀加热，可提高温度定标的精度；
(2)本专利采用所述无线温度传感器500对所述定标光纤层300的温度进行传感，由于所述无线温度传感器500采用无线信号传输，所述隔热防护层600上无需开孔供所述无线温度传感器500向外引线，避免了引线开孔造成的热量外溢，可保证所述隔热防护层600的隔热保温效果，也避免了引线发热对恒温效果的影响；
(3)本专利采用所述导热填充层400填充于所述定标光纤层300与所述隔热防护层600之间，利用所述导热填充层400的高导热性将所述加热棒100产生的热量迅速传导至所述隔热防护层600所围合的空间内，减少热量传导过程中的热量损耗，使得所述隔热防护层600的内周面上温度均匀，同时所述导热填充层400也填充于所述定标光纤层300的光纤间隙中，以保证所述定标光纤层300的外周面也能得到与其内周面相同的加热效果；同时利用所述导热填充层400的疏松特性在所述隔热防护层600与所述定标光纤层300之间形成减震缓冲地带，以避免外界冲击力通过所述隔热防护层600传导至所述定标光纤层300上。
(4)本专利采用所述隔热防护层600围绕所述导热填充层400外周面的设计，所述隔热防护层600的作用为阻隔热量向外界扩散，目的主要有两个，一个为防止热量扩散对使用人员造成损伤，方便手持使用，另一个为保持所述自校准恒温装置的内部温度，降低使用能耗，由于所述隔热防护层600与所述均匀导热层200之间形成同轴结构，使得所述均匀导热层200的外周面与所述隔热防护层600的内周面之间沿热量辐射方向的距离处处相等，可使得所述导热填充层400从内向外的各处导热距离相等，导热均匀性更好。
本实施例优选的，所述无线温度传感器500包括无线感温铂电阻，所述无线感温铂电阻的测量范围为-90-150℃，温度分辨率高达0.01℃，温度精度高达0.05℃，可满足解调系统的高精度、高分辨率的测温需求，且启动迅速，尺寸较小，易于在所述自校准恒温装置内部安装集成。
本实施例优选的，所述均匀导热层200包括空心金属管，且优选为空心铜管，铜的热传导率高达397w/(m*K)，且本身热传递迅速，成本较低，易于实现，加热效果较好，抵御外界低温等苛刻环境的能力强；所述均匀导热层200的外径不小于12cm，以减少所述定标光纤层300因缠绕弯折而造成的光损耗。
所述加热棒100包括发热丝，所述发热丝为电阻丝，通电后发热对所述均匀导热层200形成加热；由于所述自校准恒温装置两端的散热速度大于其中间的散热速度，为了使所述均匀导热层200的温度沿其轴向均匀分布，所述发热丝在所述加热棒100两端的缠绕密度大于其在所述加热棒100中间的缠绕密度，使得所述加热棒100两端的加热温度大于其中间的加热温度，进而弥补所述均匀导热层200两端的散热速度大于其中间的散热速度的缺陷，且最优的，所述发热丝在所述加热棒100的缠绕密度从其两端向中间逐渐减小。
所述发热丝在所述加热棒100内的排布满足如下公式：
表面发热功率＝(总功率*电阻率)/(电阻值*横截面积*加热丝周长)
本实施例优选的，所述导热填充层400包括金属薄膜、导热硅脂和导热垫片中的至少一种。
最优的，所述导热填充层400为导热硅脂。所述导热硅脂具有高导热率，极佳的导热性，良好的电绝缘性，较宽的使用温度，较低的稠度等优势，所述导热硅脂本身在较宽的使用温度-50℃至+230℃的温度下，能够长期保持使用时的脂膏状态或絮状的柔性状态，热导率一般在0.8-4W/(m*K)之间，导热系数“远”比空气好(空气的热导率仅为0.025W/(m*K))，其热导率是空气的32-160倍；将所述导热硅脂填充于所述隔热防护层600与所述均匀导热层200之间后，其脂膏状或絮状的柔性状态了起到良好的缓冲抗震作用，且具有一定的流动性，可流动填充于所述定标光纤层300的相邻间隙中，使得光纤所处的温场均匀稳定。
本实施例中，所述定标光纤层300的长度为100m。当然，所述定标光纤层300的长度可根据所述自校准恒温装置及分布式光纤温度传感的实际需求而定，不应以此为限。
优选的，所述隔热防护层600在所述自校准恒温装置的两端上形成有封闭盖板(图中未示出)，利用所述隔热防护层600对所述自校准恒温装置的两端进行封闭，以避免所述自校准恒温装置的两端散热过快。
所述加热棒100的正负极需要开孔引出至所述隔热防护层600外与数据处理模块相连接，所述定标光纤层300的两端随所述加热棒100的正负极一同引出至所述隔热防护层600外，分别与光波分复用模块和测温光纤相连接。因此，可在所述隔热防护层600其中一端的封闭盖板上开设引线孔，以供所述加热棒100的正负极引出。
如图2所示，所述隔热防护层600包括第一隔热板610、第二隔热板620以及填充于所述第一隔热板610与所述第二隔热板620之间的纳米多孔介质材料630。
所述纳米多孔介质材料630具有均匀致密的纳米孔洞，这些纳米级别大小的孔洞可以有效阻止空气对流，使所述纳米多孔介质材料630内部的空气失去自由流动的能力，进而降低空气流动所引起的热辐射和热对流效应，起到隔热保温的作用；所述纳米多孔介质材料630搭配所述第一隔热板610和所述第二隔热板620进行封装，可阻止空气透过所述第一隔热板610和所述第二隔热板620后的自由流动，在所述第一隔热板610与所述第二隔热板620的基础上，进一步提高所述隔热防护层600的隔热保温效果。
所述纳米多孔介质材料630的导热系数在0.02-0.1W/(m*k)之间，密度为在0.092-0.138g/cm3之间，孔隙率在92.87％-96.66％之间，接触角在154°-158°之间，比表面积在1067-1173m2/g之间，平均孔径在12.06-14.74nm之间。所述纳米多孔介质材料630以有机介质材料、无机直接材料和有机-无机杂化材料等至少一种隔热介质材料作为主体材料，并复合于如碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、预氧化纤维等至少一种增强性纤维中，以所述增强性纤维作为所述隔热介质材料的附着体得到。
所述第一隔热板610环绕在所述导热填充层400的外围上，所述纳米多孔介质材料630环绕在所述第一隔热板610的外围上，所述第二隔热板620环绕在所述纳米多孔介质材料630的外围上。
所述第一隔热板610和第二隔热板620包括板芯基材601以及真空密封所述板芯基材601的气体阻隔膜602。
所述板芯基材601为所述气体阻隔膜602提供定形支撑的作用，以使所述第一隔热板610和所述第二隔热板620保持板体形状，而所述气体阻隔膜602主要起到阻隔气体流动的作用，以保持所述板芯基材601处于真空状态。在所述自校准恒温装置的整个热传导过程中，气相传导占比达到50-70％，采用所述气体阻隔膜602真空密封的隔热板可阻断所述自校准恒温装置与环境温度之间的空气交换，保持所述板芯基板的真空度，降低所述自校准恒温装置与环境温度之间通过气相传导散热。
所述第一隔热板610和所述第二隔热板620的导热系数在0.002-0.004W/(m*k)之间。
本实施例优选的，所述第一隔热板610和第二隔热板620还包括被所述气体阻隔膜602真空密封且与所述板芯基材601相接触的吸气剂和干燥剂中的至少一种。所述吸气剂和干燥剂的作用是保持所述板芯基材601的真空和干燥，吸收渗透进所述板芯基板内的空气和水汽，避免所述板芯基材601潮湿变形等。
实施例二
如图3所示，一种解调系统，光发射模块、光波分复用模块、光电转换与放大模块、数据采集与处理模块、测温光纤以及实施例一所述的自校准恒温装置，
所述光发射模块的发射端与所述光波分复用模块的第一端相连接，所述光波分复用模块的第二端与所述自校准恒温装置中定标光纤层300的一端相连接，所述光波分复用模块的第三端与所述光电转换与放大模块的输入端相连接，所述测温光纤的一端与所述自校准恒温装置中定标光纤层300的另一端相连接，所述光电转换与放大模块的输出端与所述数据采集与处理模块的输入端相连接，所述数据采集与处理模块的输出端分别与所述光发射模块的输入端以及所述自校准恒温装置中的加热棒100和无线温度传感器500相连接。
本发明采用双路解调法对所述解调系统进行温度解调，相较于单路解调法，双路解调法由于采用了对温度不敏感的斯托克斯光作为参考光，因此需要同时探测、采集两路信号，它很好的弥补了单路解调法的不足，大大降低了对光源稳定性的要求，同时可以有效避免光纤弯折、外界振动等对系统测温精度的影响。
在工作时，如图4所示，所述数据采集与处理模块向所述光发射模块发送TTL触发电平，然后所述光发射模块向所述光波分复用模块发射同频脉冲光，所述同频脉冲光经过所述光波分复用模块内部的准直透镜后，透射进入到所述自校准恒温装置的定标光纤层300以及所述测温光纤中，之后在所述定标光纤层300和所述测温光纤中的同频脉冲光产生后向拉曼散效应，后向拉曼散射光经由所述测温光纤和所述定标光纤层300传回到所述光波分复用模块中，再经所述光电转换与放大模块进行光电转换与放大处理，放大后的电压信号再被所述数据采集与处理模块采集接受并进行算法处理与温度解调。
其中，所述定标光纤层300的纤芯直径与所述测温光纤的纤芯直径相同。
实施例三
如图5所示，一种解调方法，包括如下步骤：
步骤100：制备实施例一所述的自校准恒温装置；
步骤200：采用所述自校准恒温装置搭建实施例二所述的解调系统；
步骤300：所述数据采集与处理模块根据所述无线温度传感器500输出的标定温度，所述定标光纤层300产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比，以及所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比，解调出所述测温光纤所处的环境温度。
其中，在步骤300中，如图4所示，所述数据采集与处理模块向所述光发射模块发送TTL触发电平，然后所述光发射模块向所述光波分复用模块发射同频脉冲光，所述同频脉冲光经过所述光波分复用模块内部的准直透镜后，透射进入到所述自校准恒温装置的定标光纤层300以及所述测温光纤中，之后在所述定标光纤层300和所述测温光纤中的同频脉冲光产生后向拉曼散射光，后向拉曼散射光经由所述测温光纤和所述定标光纤层300传回到所述光波分复用模块中，再经所述光电转换与放大模块进行光电转换与放大处理，放大后的电压信号再被所述数据采集与处理模块采集接受并进行算法处理，获得所述定标光纤层300产生的斯托克斯光和反斯托克斯光，以及所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光，最终再根据斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比进行温度解调。
当所述定标光纤层300所处的标定温度为T0时，所述定标光纤层300产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比R(T0)为：
当所述测温光纤所处的环境温度为T时，所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比R(T)为：
两式相除可以得到：
通过两次测量的光强比就能解调出所述测温光纤所处的环境温度T:
在上式中，所述标定温度T0由所述自校准恒温装置中的无线温度传感器500测得，h为普朗克常数，ΔV为频移量，kB是玻尔兹曼系数。
因此，如图6所示，在步骤300中，所述数据采集与处理模块根据所述无线温度传感器500输出的标定温度，所述定标光纤层300产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比，以及所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比，解调出所述测温光纤所处的环境温度的步骤如下：
步骤301：根据所需的采样频率以及所述定标光纤层300的光纤长度，设定采样间隔时间和采样间隔距离；
步骤302：按照设定的采样间隔时间采集所述无线温度传感器500在不同采样时间点输出的标定温度，以及按照设定的采样间隔时间和采样间隔距离采集所述定标光纤层300在不同采样时间点和不同采样位置点产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比；
步骤303：根据不同采样时间点的标定温度计算平均标定温度T0，以及根据不同采样时间点和不同采样位置点的光强比计算平均光强比R(T0)；
步骤304：采集所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比R(T)；
步骤305：采用如下公式计算所述测温光纤所处的环境温度T，
在上式中，h为普朗克常数，ΔV为频移量，kB是玻尔兹曼系数。
在实际的应用过程中，由所述定标光纤层300在标定温度下的光强比受到所述数据采集与处理模块的分辨率，所述光电转换与放大模块的噪声，以及所述光波分复用模块的隔离度不够，所述定标光纤层300的结构不均匀等诸多因素的影响，实际采集到的光强比误差较大。
为了解决上述问题，本实施例采用多点多次平均法来得到所述定标光纤层300的平均标定温度T0和平均光强比R(T0)作为温度解调时所使用的标定温度和光强比。
先将所述自校准恒温装置放置在所述测温光纤的最前端，使得所述定标光纤层300的拉曼散射光强最强，信噪比最高，之后所述数据采集与处理模块通过所述无线温度传感器500采集所述定标光纤层300的标定温度，以及通过所述光电转换与放大模块采集所述定标光纤层300的光强比，在预设的采集时长内以预定的采样间隔时间和采样间隔距离多次采集标定温度和光强比，并计算标定温度和光强比的平均值后代入到上述公式1-4中，解调出环境温度T。
比如，采集时长可以设定为30s，然后根据采样频率和所述定标光纤层300的长度，单次采集时间约为3s，所以30s内采集到的光强比先在时间上计算平均值，做得10次平均后，提高√10倍信噪比，减小噪声带来的影响，之后得到得一组数据再在空间位置上计算平均值，假定所述定标光纤层300的长度为100m，在所述定标光纤层300中大约1m设置一个采样位置点，在100m的定标光纤层300上会得到100个采样位置点，因为所述定标光纤层300处于恒温区域，所以不同采样位置点之间差异较小，再对100个采样位置点的光强比做算术平均值，得到的平均光强比R(T0)即作为平均标定温度T0下得值进行温度解调。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种分布式光纤温度传感的自校准恒温装置，其特征在于，包括：
加热棒；
均匀导热层，围绕在所述加热棒的外周面上；
定标光纤层，缠绕在所述均匀导热层的外周面上；
导热填充层，围绕在所述定标光纤层的外周面上；
无线温度传感器，设置于所述导热填充层中且位于所述定标光纤层旁；
隔热防护层，围绕在所述导热填充层的外周面上；
其中，所述加热棒、均匀导热层、定标光纤层、导热填充层以及隔热防护层之间构成同轴结构。
2.根据权利要求1所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述无线温度传感器包括无线感温铂电阻。
3.根据权利要求1所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述加热棒包括发热丝，所述发热丝在所述加热棒两端的缠绕密度大于其在所述加热棒中间的缠绕密度。
4.根据权利要求1所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述均匀导热层包括空心金属管。
5.根据权利要求1所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述导热填充层包括金属薄膜、导热硅脂和导热垫片中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述隔热防护层包括第一隔热板、第二隔热板以及填充于所述第一隔热板与所述第二隔热板之间的纳米多孔介质材料。
7.根据权利要求6所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述第一隔热板和第二隔热板包括板芯基材以及真空密封所述板芯基材的气体阻隔膜。
8.根据权利要求7所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述第一隔热板和第二隔热板还包括被所述气体阻隔膜真空密封且与所述板芯基材相接触的吸气剂和干燥剂中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的自校准恒温装置，其特征在于，所述纳米多孔介质材料以隔热介质材料作为主体材料，并复合于增强性纤维中。
10.一种解调系统，其特征在于，光发射模块、光波分复用模块、光电转换与放大模块、数据采集与处理模块、测温光纤以及权利要求1所述的自校准恒温装置，
所述光发射模块的发射端与所述光波分复用模块的第一端相连接，所述光波分复用模块的第二端与所述自校准恒温装置中定标光纤层的一端相连接，所述光波分复用模块的第三端与所述光电转换与放大模块的输入端相连接，所述测温光纤的一端与所述自校准恒温装置中定标光纤层的另一端相连接，所述光电转换与放大模块的输出端与所述数据采集与处理模块的输入端相连接，所述数据采集与处理模块的输出端分别与所述光发射模块的输入端以及所述自校准恒温装置中的加热棒和无线温度传感器相连接。
11.权利要求1所述的自校准恒温装置的解调方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据所需的采样频率以及所述定标光纤层的光纤长度，设定采样间隔时间和采样间隔距离；
按照设定的采样间隔时间采集所述无线温度传感器在不同采样时间点输出的标定温度，以及按照设定的采样间隔时间和采样间隔距离采集所述定标光纤层在不同采样时间点和不同采样位置点产生的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比；
根据不同采样时间点的标定温度计算平均标定温度T0，以及根据不同采样时间点和不同采样位置点的光强比计算平均光强比R(T0)；
采集所述测温光纤散射回来的斯托克斯光和反斯托克斯光的光强比R(T)；
采用如下公式计算所述测温光纤所处的环境温度T，
在上式中，h为普朗克常数，ΔV为频移量，kB是玻尔兹曼系数。
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