双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法转让专利
申请号 : CN202010062360.X
文献号 : CN111238680B
文献日 : 2021-05-25
发明人 : 钱洪卫 , 张静 , 周勇军 , 赵艳红
申请人 : 上海波汇科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、分别将两个脉冲宽度分别为W和W+ΔW的激光射入光纤中,两个脉冲宽度分别为W和W+ΔW的激光射入光纤的重复频率相同,获取背向散射stokes信号和反stokes信号曲线的测量平均降噪时间相同以及数据采样时间间隔相同,数据采样时间间隔≤ΔW,ΔW/W≤
0.5,分别获得两组激光脉冲的光纤背向散射的stokes信号和反stokes信号;
S2、根据探测到的stokes信号和反stokes信号计算获得对应脉冲宽度空间分辨率下的分布式温度Tw和Tw+Δw;
S3、通过S2步骤所获得的对应空间分辨率下的分布式温度Tw和Tw+Δw,可计算获得以ΔW脉冲宽度空间分辨率下的分布式温度TΔw:
2.根据权利要求1所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,所述S3中,L=cW/(2n),ΔL=cΔW/(2n),c为光在真空中的传播速度,n为光纤折射率。
3.根据权利要求1所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,计算TΔw时包括以下步骤:S4、根据热量变化计算公式ΔQ=CmΔT计算出某一长度光纤处的温度变化,其中C为光纤的比热容,m为该段光纤的质量,ΔT为温度变化;
S5、ΔL长度下的热量变化ΔQΔL=ΔQL+ΔL‑ΔQL,得到TΔw。
4.根据权利要求3所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,S4中,测得光纤初始温度为T0,L长度光纤的质量为mL,W脉冲宽度下的温度变化ΔTL=Tw‑T0,W+ΔW脉冲宽度下的温度变化ΔTL+ΔL=Tw+Δw‑T0,ΔW脉冲宽度下的温度变化ΔTΔL=TΔw‑T0。
5.根据权利要求3所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,S4中,长度L段的ΔQL=CmL(Tw‑T0),长度L+ΔL段的ΔQL+ΔL=CmL+ΔL(Tw+Δw‑T0),长度ΔL段的ΔQΔL=CmΔL(TΔw‑T0)。
6.根据权利要求3所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,S5中,CmΔL(TΔw‑T0)=CmL+ΔL(Tw+Δw‑T0)‑CmL(Tw‑T0),得到TΔw计算公式。
7.根据权利要求5所述的一种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法,其特征在于,所述mL+ΔL=(L+ΔL)mL/L,所述mΔL=ΔLmL/L。
说明书 :
双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率提升方法
技术领域
背景技术
间分辨率足够高,对于空间分辨率比较低的系统,小火源引起的信号只有很小的一点,容易
造成漏判;对于水坝的渗漏监测,微小的裂缝只能引起很小一段光纤的局部温度异常,只有
提升空间分辨率才能及时发现这些隐患。
脉冲宽度成正比。
隔是无法提升空间分辨率的。
发明内容
的:
间间隔相同,数据采样时间间隔≤ΔW,ΔW/W≤0.5。
变化ΔTΔL=TΔw‑T0。
附图说明
具体实施方式
温度,通过OTDR技术对光纤进行定位。当W脉冲宽度的激光射入光纤后的温度值Tw发生位置
如图1所示,W+ΔW脉冲宽度下的激光射入光纤后的温度值Tw+Δw发生位置如图2所示,当图1
和图2叠加后可以发现,ΔW脉冲宽度下温度值Δw是无法获得真实值,如图3阴影部分所示,
即当上述任一光脉冲射入光纤是无法获得真实的TΔw的,从而无法监控到该段位置区域的
真正温度变化,要想监控到该段位置区域的温度变化,就要提升空间分辨率,提升空间分辨
率就要减小脉冲宽度,减小脉冲宽度就会使得检测端的信号减小,基于此本发明提供了一
种双宽度脉冲光纤分布式拉曼测温空间分辨率的提升方法。
W,分别获得W脉冲宽度激光时的光纤背向散射stokes信号和反stokes信号和W+ΔW脉冲宽
度激光时的光纤背向散射stokes信号和反stokes信号,两个脉冲宽度分别为W和W+ΔW的激
光射入光纤的重复频率相同,获取stokes值和反stokes值曲线的测量平均降噪时间相同以
及数据采样时间间隔相同,数据采样时间间隔均≤ΔW,ΔW/W≤0.5;
下的分布式温度Tw和Tw+Δw,W脉冲宽度下的空间分辨率为cW/(2n),W+ΔW脉冲宽度下的空间
8
分辨率为c(W+ΔW)/2n,其中c为光在真空中的传播速度,约等于3×10 m/s,本实施例中取c
8
=3×10m/s,n为光纤的折射率,范围在1.46‑1.5,本实施例中选取1.5;
10。
基于OTDR技术的光脉冲宽度与空间对应的长度关
系,W宽度脉冲空间分辨率下空间上对应的长度为L,L=cW/(2n),因此ΔW脉冲宽度空间分
8
辨率下空间上对应的长度ΔL=cΔW/(2n),c为光在真空中的传播速度,取c=3×10m/s,n
为光纤的折射率,取1.5。
L上表现出不同的温度,根据两次不同脉冲宽度的光脉冲测得L处的分布式温度Tw以及L+Δ
L处的分布式温度Tw+Δw。
冲宽度下对应光纤长度的温度变化ΔTL+ΔL=Tw+Δw‑T0,ΔQL+ΔL=CmL+ΔL(Tw+Δw‑T0),ΔW脉冲宽
度下对应光纤长度的温度变化ΔTΔL=TΔw‑T0,ΔQΔL=CmΔL(TΔw‑T0)。又ΔQΔL=ΔQL+ΔL‑Δ
QL,带入计算即可得到CmΔL(TΔw‑T0)=CmL+ΔL(Tw+Δw‑T0)‑CmL(Tw‑T0)。
得到mL+ΔL=mL+mΔL,进一步得到(mL+ΔL‑mL)(TΔw‑T0)=mL+ΔL(Tw+Δw‑T0)‑mL(Tw‑T0),化简之后得
到 又有 将 代入
中,可以得到 即可得到TΔw,
也即通过脉冲宽度为W的脉冲激光和脉冲宽度为W+ΔW的脉冲激光,通过计算可以得到脉冲
宽度为ΔW脉冲宽度空间分辨率下的分布式温度以及该脉冲宽度下空间上对应的长度,进
而提升了空间分辨率。
的权利要求范围内都受到专利法的保护。