[发明专利]用于分布式光纤温度传感系统中数据校准的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤温度传感系统，特别是对分布式光纤温度传 感系统中的数据进行校准的方法和装置。

背景技术

在工业及日常生活中，经常会有许多场合需要探测长距离沿线每点 的温度，比如长距离的电缆温度监控或油气管道监控等。在类似的应用 下，基于光纤喇曼散射的分布式温度传感系统(Distributed Temperature Sensor，简称DTS)是最佳的选择。

在DTS中，一个或一系列激光脉冲入射进光纤内，此激光脉冲在光 纤内传播过过程中，在光纤沿线的每一点都会产生喇曼散射现象。产生 的喇曼散射光中，有一部分沿激光脉冲前进的方向传播，被称为前向散 射光；有一部分被光纤重新捕获并沿激光传播相反的方向返回，此部分 喇曼散射光被称为背向散射光。在散射光中，光波长大于入射激光脉冲 波长的成分被称为斯托克斯光(Stokes，S)；波长小于入射激光脉冲波长 的成分被称为反斯托克斯光(Anti-Stokes，AS)。这两种信号即喇曼斯托 克斯和喇曼反斯托克斯是对当前散射产生点的温度敏感的。因此可以通 过探测这两个信号的大小计算出当前点的温度数据，并且通过计算背向 散射信号与入射光脉冲之间的时间差，就可以通过背向散射信号在光纤 中传播的速度推算出此温度数据是对应于光纤中的哪一点。

由于石英光纤中光波的折射率随波长的变化而变化，从而引起不同 波长光波的相速度不同。斯托克斯S光波的波长比反斯托克斯AS光波的 波长较大，其折射率较小，从而其相速度比AS较大。如果没有对两种信 号相速度的差异进行补偿或者成为校准的话，同一个位置的AS信号返回 探测器的时间要较S信号晚，随着光纤长度的增加，S和AS信号的不一 致现象会更加严重，这样会造成系统定位精度的降低。

通常对于这种现象是通过对时域上采样点间隔设定为不同采样长度 进行补偿或者校准的。在这种校准的机制或者系统中，一般是通过光纤 尾端光信号的跳变衰减进行S信号和AS信号的对齐从而实现这两个信号 相速度不一致的补偿。

但在实际的应用中，经常会有一些现象导致上述机制无法有效正常 工作。其中一种现象就是光线尾端的反射，在光纤尾端如果没有特殊处 理或者处理不好会导致比较大的反射脉冲峰，通常这样一个脉冲会比较 宽以至于无法分辨光纤真正的尾端位置，从而对影响S和AS信号的对齐。 另外，如果探测的距离小于光纤本身的长度的话，光纤尾端是不可见的， 在这种情况下也无法通过上述方法进行原始信号数据的校准。如果实际 光纤比较长的话，由于光信号在光纤中的衰减，在光纤尾端的信号比较 小，甚至于同光纤外部没有散射信号的情况相比都没有比较明显的差别， 在这种情况下，无法判断真正的尾端位置，也无法对S和AS信号进行对 齐校准。

在一些场合需要DTS的双端测量，双端测量同传统单端测量的不同是 他将探测光纤的两端都连接到DTS上，从探测光纤的两端都获取分布式 温度数据，然后通过特定的算法，将在两端获得的温度数据集成为一条 分布式温度数据。在双端测量的时候长度校准也是非常必要的，如果缺 少了精确的长度校准，分布式温度数据会在位置定位及温度数据两个维 度都存在误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中方法的不足，提供一种对分 布式光纤温度传感系统中的数据进行校准的方法和装置，其用于自动和/ 或精确对齐和校准DTS系统原始数据的方法和设备。本发明的基于原始 数据上标记的方法和装置可以提供更精确的校准及配置结果，可以提高 DTS系统的定位精度及空间分辨率，并且提高系统的整体性能。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种用于分布式光纤测温系统原始数据校准的方法，其特征在于， 该方法利用DTS自身或附加的激光器所来产生一种校准用光脉冲，此校 准用光脉冲被分布式光纤测温系统接收后，在其原始数据上叠加一种可 以用于DTS精确定位的定位脉冲，通过对原始数据中斯托克斯和反斯托 克斯信号上的定位脉冲进行对齐操作，以对DTS原始数据进行长度校准。

在本发明中，所述的校准用光脉冲为DTS自身或另一附加的激光器 产生的激光脉冲和/或在光纤中产生的喇曼散射成分。