分布式拉曼光纤温度传感器的误差修正方法

发布时间：2024-05-12 07:41

　　为了提高基于拉曼散射分布式光纤温度传感器的测量准确度和稳定性,提出了一种自动补偿光纤损耗、光纤色散和系统波动的温度解调方法,并进行实验验证。通过采样值对Stokes和Anti-Stokes散射光的损耗系数进行实时计算,并对二者的差异进行动态补偿,弥补了温度测温准确度随光纤长度增加而下降的缺点。采用linear插值算法对因光纤色散效应导致Stokes和Anti-Stokes背向散射光信号的错位进行修正,消除了升温处两侧因色散导致的温度异常点,提高了温度测量准确度。最后根据采样值和环境温度值对系统的波动性进行修正,减小了温度解调值波动范围。实验结果表明:经过修正后的系统在8km处温度的测量误差范围从-2.72%～7.24%缩小为-0.34%～1.04%,整条光纤的温度波动性从-0.0128～1.6181℃下降为-0.8991～0.6476℃。

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【部分图文】：

图2不同插值算法对色散偏移补偿对比图

将采集卡获取的Stokes和Anti-Stokes光信号?s和?a的采样点数记为Ns和Na，并映射到长度为L的光纤上，这样就能使两束光信号的总长度相等。两束光信号在光纤上对应的散射点的位置分别为（L/Ns,2L/Ns，…，L）和（L/Na,2L/Na，…，L）。对L/Na,2L/....

图3Linear插值算法流程图

图2不同插值算法对色散偏移补偿对比图2.4系统波动修正算法

图4分布式光纤测温装置

通过上述方案搭建DTS样机和测试平台，对8km长的光纤拉曼信号进行采集和分析，并对温度信号进行解调。DTS系统在电力电缆、管廊/电力隧道、电缆沟场景中对温度的测量范围为-40～120℃，且对测温距离和空间分辨率都有很高的要求，因此选用长飞900-ETFE-MMF类型光纤，此种光纤....

图5拉曼散射信号

在定标光纤的首端、光开关以及传感光纤的尾端有明显的反射峰，这是由于光纤和空气的折射率不同而产生菲涅耳反射所致。对尾端处的反射峰进行放大可以看出Stokes和Anti-Stokes信号有一段凸起，这是由于将此处的光纤放在恒温槽中受热后拉曼散射信号增强所致。拉曼散射信号中AntiSt....

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