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.pdf

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1、第41卷第4期光子学报V01．4lNo．42012年4月ACTAPHOToNICASINlCAApril2012doi：10．3788／gzxb20124104．0408一种提高分布式光纤测温系统空间分辨率的线性修正算法宁枫，朱永，崔海军，李小琴，金钟燮(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030)摘要：由于分布式光纤喇曼测温系统带宽不足，导致系统的空间分辨率低；当光纤的感温区域长度接近空间分辨率的时候，系统温度响应幅值不够，导致测温不准．为解决此问题，本文提出了一种线性修正算法；在分析温度与喇曼比值关系及系统的频率响应特性的基础上，建立了

2、该算法的数学模型，搭建了基于单模光纤的10km分布式测温系统，并利用该算法进行了相关测温实验．实验结果与理论分析一致，该算法能有效修正3～6m光纤的温度响应幅值，使系统测温准确度达1℃，测量时间为40s．本算法在不增加效系统成本的同时，克服了系统带宽不足，优化了空间分辨率、温度分辨率及测量时间．关键词：喇曼测温；带宽；线性修正算法；频率响应；空间分辨率中图分类号：OTN29文献标识码：A文章编号：1004—4213(2012)04—0408—6。j．士SUMITOM()公司也陆续推出不同类型的产品[7]．。““在国内，重庆大学、中国计量学院和北京航空航天大分布式光纤

3、喇曼测温系统基于自发喇曼散射原学等从事分布式光纤传感的研究工作开始于80年理，是一种实时测量沿光纤分布温度场的系统[1]．在代后期，主要从事原理性研究和实验研究，目前已经该系统中，光纤既作为传感媒介。又作为传输媒介，研制出实用化的测温系统，但稳定性、空间分辨率等运用光时域反射(OpticalTimeDomainReflection，指标与国外相比还有一定差距．OTDR)原理。能精确测定光纤上每点温度。对施加系统带宽对系统的空间分辨率，温度分辨率与在光纤上的温度场进行测量和定位[2]．经多年发展，测量时间有着重要的影响．当系统带宽低时，系统的分布式光纤温度传感技术以其

4、独特优势．广泛应用温度分辨率提高，测量时间缩短．但会导致系统空间于油田、电力、水库大坝、桥梁隧道等领域，日益受到分辨率降低，无法实现准确的温度响应；而高带宽系人们的重视和青睐．显示出巨大的市场价值【3‘5]．国统则会导致温度分辨率偏低和测量时间延长，且系外对分布式光纤测温技术的研究较早，1981年由英统成本增加．目前在国内市场产品中。系统带宽普遍国南安普敦大学提出其测温原理．1983年英国的偏低，严重影响着空间分辨率和测温的准确性．如果Hartog用液体光纤进行了分布光纤温度传感器原仅从硬件上增加系统带宽。系统的白噪音会显著增理性实验，1985年英国的Dakin将氩

5、离子激光器作加，系统空间分辨率虽有提高，但需要经过更多次的为光源，运用石英光纤的喇曼光谱效应进行分布光平均才能保证温度测量的分辨率．导致系统测量时间纤温度传感器测温实验，同年Hartog和Dakin用半变长，测量实时性降低．此外，高带宽的探测器模块的导体激光器作为光源，研制出分布光纤温度传感器采用也会导致系统成本也会大幅度增加．为此，本文实验装置，之后分布光纤温度传感器得到了很大的提出一种线性修正算法，在不改动现有系统硬件的情发展．己经从理论研究走向实际应用[6]．如英国况下，修正3～6m感温光纤对温度响应幅值，从而实Y釜or冀kS篓en主sor翼sL兰imi竺te

6、三d公兰司竺·将黧光巴纤三分：布式：测：温2系7现准确测温，使得系统各项指标得到了优化．开发的分布式光纤测量系统广泛应用于水库大坝、1理一论％分川”析。油田等进行温度和应力的分布式测量中．韩国1．1分布式光纤喇曼测温原理SHlNKwANG公司、美国SENS()RTARN公司、光纤喇曼测温系统是基于自发喇曼原理设计基金项目：中央高校基本科研业务费科研专项自然科学类项日资助(No．CDJZRl0120011)第一作者：宁枫(1985一)．男．硕士研究生·主要研究向为光纤传感与通信．Email：maplening@yahoo．皿导彝I通讯作者l：朱永(1973一)-男·教

7、授·主要研究向为光纤传感，光谱技术及仪器等．Email：yongzhu@cqu．edu．cn收疆日期：201l—ll一09：修目日期：2012—01-094期寸’枫．等：一种提高分柑'rl=】乜纤洲温系统宅n“分辨率的线性修正算法的．在光纤生产阶段。各种应力导致光纤内部形成一中实线所示．随测量温度的升高，其非线性增强，但些分布不均的粒子．当激光注人到光纤中，光子与这在o～120*(2．光证比值R，／飓与温度丁的flfI线近似些粒子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，其中弹性碰撞趋近于线性．宏观上表现为瑞利散射，非弹性碰撞则表现为布里1．2带宽对系统性能的影响渊和喇曼散射‘