CN106353003A - 一种分布式光纤测温方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式光纤测温方法，该方法包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。通过上述方式，可以精确监测出光纤测量点的温度，而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，布设简单，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。

Description

一种分布式光纤测温方法及***

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种分布式光纤测温方法及***。

背景技术

目前常用的火灾监测设备为感温电缆型火灾探测器。

感温电缆型火灾探测器是将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过固定温度值时，感测电缆被短路。***仅能一次性使用，不能测出电缆的实际温度值；由于需另设感温电缆，导致电缆数量多，***安装及维护不方便。

特别是对于一些大监测环境，如隧道监测需要对整条隧道进行连续实时监测，并且要求传感器布设方便，能够多次反复使用，***具有本质安全、抗干扰能力较强等特点。故传统温度监测方法大都有着无法测量实际温度、接线复杂、不适合在隧道铺设等诸多缺点。且目前所用的测温***均为进口设备，价格昂贵，而国产测温***还未能大规模应用于实际工程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式光纤测温方法及***，能够准确测量环境温度，且传感器布设简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：提供一种分布式光纤测温方法，包括：

获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；

对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；

分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；

通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；

若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。

其中，在分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：

对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。

其中，在分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：

对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理。

其中，对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理的步骤具体包括：

选取小波基函数，利用小波基函数对第一电信号和第二电信号进行小波分解得到不同尺度上的小波系数；

分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较，若小波系数小于设定的阈值，则去除小波系数，若小波系数大于等于阈值，则保留小波系数；

对不同尺度上的小波系数进行重构。

其中，小波基函数为f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(x)为第一电信号或第二电信号；n(x)为均值为0，方差为s²的高斯白噪声，d为噪声水平；

小波系数的计算公式为Wf(2^j,x)，j＝1,2,3…n；其中j为不同尺度，W为加权因子。

其中，在分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较的步骤之前还包括：

计算位于同一尺度上为正数的小波系数的均值及方差，利用均值及方差确定初始阈值和初始步长；

将小波系数和初始阈值进行比较得到大于初始阈值的小波系数的过阈值个数，若过阈值个数大于等于前次尺度的过阈值个数，则将初始阈值加上初始步长，否则将初始阈值减去初始步长；

减小初始步长；

以此循环计算初始阈值，直到初始步长小于预设值，将此时的初始阈值定义为为正数的小波系数的设定的阈值；

以此方法确定位于同一尺度上为负数的小波系数的设定的阈值。

其中，第一电信号是第一电压值，第二电信号是第二电压值；

通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度的步骤具体包括：

由第一电压值以及第二电压值分别获取第一频率光的第一光强以及第二频率光的第二光强；

将第一光强和第二光强的比值确定为测量点的测量温度。

其中，在获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光的步骤之后还包括：

通过返回的拉曼散射光的传输时间以及拉曼散射光的传输速度，确定测量点的位置。

其中，对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光的步骤具体包括：

将50％的拉曼散射光信号耦合到分光器中，以得到第一频率光以及第二频率光，其中，第一频率光为斯托克斯光，第二频率光为反斯托克斯光。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案是：提供一种分布式光纤测温***，包括：

传感光纤、光耦合器、光处理装置、电信号处理装置及警报装置，光耦合器设置在传感光纤的传输路径上，光处理装置与光耦合器连接，电信号处理装置与光处理装置连接，警报装置与电信号处理装置连接；

光处理装置包括分光器、第一信号转换单元及第二信号转换单元，第一信号转换单元以及第二信号转换单元分别与分光器及电信号处理装置连接；

光耦合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；

分光器用于对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；

第一转换单元用于对第一频率光进行光电转换，得到第一电信号；第二转换单元用于对第二频率光进行光电转换，得到第二电信号；

电信号处理装置用于通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度；

警报装置用于若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。

有益效益：区别于现有技术的情况，本发明首先获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光，再对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光，分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号，通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度，最后通过判断测量温度是否符合设定警报温度条件，而发出测量点温度异常的警报。通过上述方式，可以精确监测出光纤测量点的温度，而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，布设简单，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可以精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低整个监测***的运营成本。

附图说明

图1是本发明分布式光纤测温方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明分布式光纤测温方法第二实施方式的流程示意图；

图3是图2中步骤S205的具体流程示意图；

图4是本发明分布式光纤测温***一实施方式的结构示意图；

图5是本发明分布式光纤测温***另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种分布式光纤测温方法及***做进一步详细描述。

如图1所示，本发明分布式光纤测温方法第一实施方式，包括：

S101：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；

由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高温、抗电磁干扰等优点，本实施方式中将光纤本身作为温度传感器来采集温度。适用于隧道火灾监测等，还可以应用于其他对于温度敏感的恶劣环境，在此不做限定。

为了对监测点的温度进行测量，激光发生器在传感光纤的起始位置发出激光，该激光在光脉冲调制器的调制作用下，形成设定周期和持续时间的短的脉冲光，该脉冲光在通过光耦合器在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中，由于脉冲光与光纤分子发生相互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光子作用发生能量交换而形成的拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路返回至光耦合器。

对应地，通过光耦合器获取传感光纤的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。

S102：对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；

拉曼散射光在产生的过程中，由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换，一部分光能转换成热振动，产生一个比光源脉冲光波长长的第一频率光，即斯托克斯光，一部分热振动转换成光能，产生一个比光脉冲波长短的第二频率光，即反斯托克斯光。其中，该第一频率光和第二频率光的波长的偏移量由传感光纤组成元素的固定属性决定。

具体地，本实施方式的光耦合器在接收到该拉曼散射光后，将拉曼散射光信号耦合到分光器中，得到第一频率光以及第二频率光。

在一个优选的实施方式中，光耦合器将50％的拉曼散射光信号耦合到分光器中。

S103：分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号。

正如上述所分析，由于脉冲光在传输过程中，会产生各种不同类型的散射光，因此，拉曼散射光中可能还夹杂着其他类型的散射光和干扰光，为了使温度测量更加准确，需要尽量的保证分光后的第一频率光和第二频率光的纯净。因此，在分光器对拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光后，分别将该两路不同频率的光进行处理。

具体地，首先分别对该两路不同频率的光进行带通滤波处理，得到比较纯净的第一频率光和第二频率光，然后再对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号。

其中，该第一电信号为第一电压值，第二电信号为第二电压值。

其中，本实施方式中通过雪崩光电二极管APD对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大。在其他实施方式中，也可以通过其他器件对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大，在此不做限定。

S104：通过第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到测量点的测量温度。

在得到第一电信号和第二电信号以后，为了使监测结果更加精确，进一步地对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。

在一个具体的实施方式中，用matlab实现对第一电信号和第二电信号的卡尔曼滤波，以滤出噪声，得到纯净的第一电信号和第二电信号。卡尔曼滤波是以最小均方误差为估计的最佳准则，来寻求一套递推估计的算法，其基本思想是：采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和现时刻的观测值来更新对状态变量的估计，求出现时刻的估计值。具体运算过程为：

首先以一个离散控制过程为例讨论卡尔曼滤波算法。该***可用一个线性微分方程来描述。

X(k)＝A·X(k-1)+B·U(k)+W(k)......(1)

Z(k)＝H·X(K)+V(K)......(2)

(1)式和(2)式中，X(k)是K时刻的***状态，U(k)是K时刻对***的控制量，A和B是***参数，对于多模型***，它们为矩阵。Z(k)是K时刻的测量值，H是测量***的参数，对于多测量***，H为矩阵。W(k)和V(k)分别表示***和测量过程中的噪声，使用卡尔曼滤波时，我们认为噪声满足高斯白噪声模型，设W(k)和V(k)的协方差分别为Q和R。

第一步，预测现在的状态：

X(k|k-1)＝A·X(k-1|k-1)+B·U(k)......(3)

(3)式中X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)是上一时刻的最优预测值，U(k)为现在状态的控制量，如果没有，可以为0。

经过公式(3)后***结果已经更新了，对应于X(k|k-1)的协方差还没有更新，用P表示协方差，

P(k|k-1)＝A·P(k-1|k-1)·A^T+Q......(4)

式(4)中P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的协方差，P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的协方差，A^T是A的转置矩阵，Q是***的噪声，(3)和(4)式便是卡尔曼滤波中的对***的预测，接下来就要参考测量值进行估计。

X(k|k)＝X(k|k-1)+K_g(k)·(Z(k)-H·X(k|k-1))......(5)

由上面分析可知为了实现递归，每次的K_g都是实时更新的。

K_g(k)＝P(k|k-1)·H^T/(H·P(K|K-1)·H^T+R)......(6)

P(k|k)＝(1-K_g(k)·H)·P(k|k-1)......(7)

这样每次P(k|k)和K_g(k)都需要前一时刻的值来更新，递归的估计下去。

(3)式-(7)式便是卡尔曼滤波器算法的五条核心公式，利用这五条核心公式在matlab中设置好参数，实现对第一电信号和第二电信号的卡尔曼滤波，可以消除噪声信号。

对进行卡尔曼滤波后的第一电信号和第二电信号进行计算得到测试点的测量温度。由于拉曼散射光的光强度与温度有关，即可以通过第一频率光的第一光强与第二频率光的第二光强的比值确定测量点的测试温度。

具体地，第一光强与第一电信号即第一电压值存在对应关系，第二光强与第二电信号即第二电压值存在对应关系，因此，可根据第一电压值获取第一光强，根据第二电压值获取第二光强。在通过公式确定测量点的温度R(T)，其中，I_a为第一光强，I_s为第二光强。

S105：若判断测量温度符合设定警报温度条件，则发出测量点温度异常的警报。

在得到测量点的测量温度后，为了进一步确定该测量点的测量温度是否存在异常，如大幅度提高或降低，需进一步对该测量点的温度进行判断。

具体地，可提前设定警报温度条件，例如，可设置多个定温点警报，可针对环境变化情况设置不同警报控制区域，各警报控制区按照用户的运行要求或者运行经验设定不同的警报温度或者温升速率。

判断过程可为：将该测量点当前的测量温度与前一时刻得到的测量温度相比较，判断所述测量点当前的测量温度与之前得到的测量温度间是否发生超过设定值的变化，如果发生变化，进一步判断该变化是否在预设范围内，如果在预设范围内，则代表该测量点的温度正常。如果该变化不在预设范围内，则发出该测量点温度异常的警报。

或者做出该测量点各个时刻的测量温度曲线图，计算其温升速率，如果温升速率在预设范围内，则代表该测量点的温度正常，如果温升速率不在预设范围内，则发出该测量点温度异常的警报。

步骤S106中以测量温度为基础进行判断，但是在另一具体的实施方式中，为了进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同而产生的衰减差异和响应差异，可在传感光纤的传输路径上设置参考光纤，可选设置在该传感光纤的前200米，利用参考光纤的测量温度和实际温度来矫正测量点的测量温度，使警报发出更加准确。

该参考光纤的测量温度的获取方式与上述测量点的测量温度的获取方式相同，在此不再赘述。该实际温度为该参考光纤存储在恒温箱的温度。在具体实施方式中，该实际温度可通过一个电压值来对应。

通过下述公式来求得测量点的实际温度T，公式如下所示其中，R(T)为测量点的测量温度，R(T₀)为参考光纤的测量温度，T₀为参考光纤的实际温度，h为普朗克常数，c为光速，μ为波尔兹曼常数，k为玻尔兹曼常数，其中，K＝1.3806488(13)×10^-23J/K。

通过上述方式，能够进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同而产生的衰减差异和响应差异，提高监测到的测量点的温度，从而能够发出更加准确的警报。

在上述实施方式中，在得到测量点温度后，进一步确定该测量点位于传感光纤的位置，即实现对测量点的定位。

在一个可选实施实施方式中，通过返回光耦合器的拉曼散射光的传输时间以及该拉曼散射光的传输速度，即距离＝传输时间*传输速度的原理确定该测量点的位置。

在另一个具体的实施方式中，根据拉曼散射光的信号采样频率来确定测量点的位置，比如，采样频率为150MHZ，每秒采集150M个数据，所以每个数据点对应的时间为t＝1/1.5ns，如果光在光纤中的传播速度为c＝2*10⁸m/s，则两个采样点之间对应的实际距离s为s＝ct＝2*10⁸*(1/1.5)＝0.65m。在根据间隔的采样点的数量确定距离。

通过上述方式，不仅可以精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精度可以达到0.67米，对不同测量点设定警报温度条件，实现沿着光纤分布的多个测量点和多个温度点报警。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可以精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低整个监测***的运营成本。

请参阅图2，图2是本发明分布式光纤测温方法第二实施方式的流程示意图。本实施方式在分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：

S205：对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理。

对第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理，可以消除噪声信号，使测量温度更加准确，如图3所示，该步骤具体包括：

S2051：选取小波基函数，利用小波基函数对第一电信号和第二电信号进行小波分解得到不同尺度上的小波系数；

具体地，小波基函数为f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(x)为光电转换后的第一电信号或第二电信号，n(x)为均值为0，方差为s²的高斯白噪声，d为噪声水平；

小波系数的计算公式为Wf(2^j,x)，j＝1,2,3…n；其中j为不同尺度，W为加权因子，利用该公式计算出第一电信号或第二电信号在不同尺度上的小波系数。

S2052：分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较，若小波系数小于设定的阈值，则去除小波系数，若小波系数大于等于阈值，则保留小波系数；

设定的阈值是由小波系数本身来确定的，确定过程具体为：

a：从大尺度j＝n开始，对小波系数为正数的所有值，计算出均值及这些数的方差，根据均值和方差确定初始阈值和初始步长，如令均值为初始阈值，令方差为初始步长；

b：将小波系数和初始阈值进行比较得到大于初始阈值的小波系数的过阈值个数，若过阈值个数大于等于前次尺度的过阈值个数，则将初始阈值加上初始步长，否则将初始阈值减去初始步长；

由于j＝n时为最大尺度，无法和前次尺度的过阈值个数进行比较，因此可以直接将初始阈值定义为小波系数为正数的设定的阈值；当j＝n-1时，将此时的过阈值个数和j＝n时的过阈值个数进行比较，如果此时的过阈值个数变大，则将初始阈值加上初始步长，如果此时的过阈值个数减小，则将初始阈值减去初始步长；当j＝n-2时，和j＝n-1时的过阈值个数进行比较，以此类推至j＝1时。

c：减小初始步长；

在进行初始阈值加上初始步长或减去初始步长后，减小初始步长，如初始步长减半。

d：以此循环计算初始阈值，直到初始步长小于预设值，将此时的初始阈值定义为为正数的小波系数的设定的阈值；

重复步骤b、c，直到初始步长小于预设值，预设值为提前设定的数值，通常与消除噪声的程度相关。将此时的初始阈值定义为为正数的小波系数的设定的阈值。

e：以此方法确定位于同一尺度上为负数的小波系数的设定的阈值。

对小波系数为负数的所有值，利用步骤a、b、c、d确定为负数的小波系数的设定的阈值。

每一尺度上的设定的阈值确定后，从大尺度j＝n开始，依次对位于同一尺度上的为正数的小波阈值和为负数的小波阈值进行去噪处理，将小波系数大于等于设定的阈值的所有数值保留，去除小于设定的阈值的小波系数，实现噪声信号的去除。

S2053：对不同尺度上的小波系数进行重构。

对不同尺度上的小波系数进行重构得到消除噪声后的第一电信号和第二电信号。

在另一个具体的实施方式中，在步骤S204之前还可首先对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波处理，消除较大一些的噪声信号，再进行步骤S204的小波去噪处理，消除较小一些的噪声信号，进行两级消除噪声信号处理，得到更加准确的测量温度。

另外，在又一个具体的实施方式中，步骤S204还可在步骤S205之后，对测量温度进行小波去噪处理，也得到更加准确的测量温度。

请参阅图3，图3是本发明分布式光纤测温***一实施方式的结构示意图。

如图3所示，该分布式光纤测温***包括传感光纤301、光耦合器302、光处理装置303、电信号处理装置304及警报装置305，其中，该光耦合器302与光处理装置303电路连接，进一步如图3所示，该光处理装置303包括分光器3031、第一信号转换单元3032、第二信号转换单元3033，其中，该第一信号转换单元3032以及第二信号转换单元3033分别与分光器3031以及电信号处理装置304电路连接。

该光耦合器302用于获取传感光纤301的测量点返回的拉曼散射光。

由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高温、抗电磁干扰等优点，本实施方式中将光管本身作为温度传感器来采集温度。适用于隧道火灾监测等，还可以应用于其他对于温度敏感的恶劣环境，在此不做限定。

为了对监测点的温度进行测量，进一步如图4所示，激光器406在传感光纤401的起始位置发出激光，该激光在光脉冲调制器407的调制作用下，形成设定周期和持续时间的短的脉冲光，该脉冲光在通过光耦合器402在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中，由于脉冲光与光纤分子发生相互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光子作用发生能量交换而形成的拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路返回至光耦合器402。

对应地，光耦合器402获取传感光纤401的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。

光脉冲调制器407通过电信号处理装置404提供时钟，以设定周期和持续时间的短的脉冲光，因此，该电信号处理装置404与光脉冲调制器407的工作时钟同步，两者电路连接。

分光器3031用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光。

进一步参阅图3，拉曼散射光在产生的过程中，由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换，一部分光能转换成热振动，产生一个比光源脉冲光波长长的第一频率光，即斯托克斯光，一部分热振动转换成光能，产生一个比光脉冲波长短的第二频率光，即反斯托克斯光。其中，该第一频率光和第二频率光的波长的偏移量由传感光纤组成元素的固定属性决定。

具体地，本实施方式的光耦合器302在接收到该拉曼散射光后，将拉曼散射光信号耦合到分光器3031中，分光器3031对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光。

在一个优选的实施方式中，光耦合器302将50％的拉曼散射光信号耦合到分光器3031中。

第一转换单元3032用于对第一频率光进行光电转换，得到第一电信号；第二转换单元3033用于对第二频率光进行光电转换，得到第二电信号。

正如上述所分析，由于脉冲光在传输过程中，会产生各种不同类型的散射光，因此，拉曼散射光中可能还夹杂着其他类型的散射光和干扰光，为了使温度测量更加准确，需要尽量的保证分光后的第一频率光和第二频率光的纯净。因此，在分光器3031对拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光后，分别将该两路不同频率的光进行处理。

具体地，第一转换单元3032对第一频率光进行带通滤波处理，然后再对经过带通滤波处理后的第一频率光进行光电转换和放大，得到第一电信号。第二转换单元3033对第二频率光进行带通滤波处理，然后再对经过带通滤波处理后的第二频率光进行光电转换和放大，得到第二电信号。

其中，该第一电信号为第一电压值，第二电信号为第二电压值。

其中，本实施方式中第一转换单元3032以及第二转换单元3033是通过雪崩光电二极管APD对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大。在其他实施方式中，也可以通过其他器件对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大，在此不做限定。

电信号处理装置304用于通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。

在得到第一电信号和第二电信号以后，为了使监测结果更加精确，电信号处理装置304进一步地对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波和/或小波去噪处理。

由于拉曼散射光的光强度与温度有关，电信号处理装置304即可以通过第一频率光的第一光强与第二频率光的第二光强的比值确定测量点的测试温度。

具体地，第一光强与第一电信号即第一电压值存在对应关系，第二光强第二电信号即第二电压值存在对应关系，因此，电信号处理装置304可根据第一电压值获取第一光强，根据第二电压值获取第二光强。在通过公式确定测量点的温度R(T)，其中，I_a为第一光强，I_s为第二光强。

电信号处理装置304在得到测量点的测量温度后，为了进一步确定该测量点的测量温度是否存在异常，如大幅度提高或降低，需警报装置305进一步对该测量点的温度进行判断。

具体地，可在警报装置305中提前设定警报温度条件，例如，可设置多个定温点警报，可针对环境变化情况设置不同警报控制区域，各警报控制区按照用户的运行要求或者运行经验设定不同的警报温度或者温升速率。

判断过程可为：将该测量点当前的测量温度与前一时刻得到的测量温度相比较，判断所述测量点当前的测量温度与之前得到的测量温度间是否发生超过设定值的变化，如果发生变化，进一步判断该变化是否在预设范围内，如果在预设范围内，则代表该测量点的温度正常。如果该变化不在预设范围内，警报装置305发出该测量点温度异常的警报。

或者做出该测量点各个时刻的测量温度，计算其温升速率，如果温升速率在预设范围内，则代表该测量点的温度正常，如果温升速率不在预设范围内，警报装置305发出该测量点温度异常的警报。

通过上述方式，不仅可以精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精度可以达到0.67米，对不同测量点设定警报温度条件，实现沿着光纤分布的多个测量点和多个温度点报警。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可以精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低整个监测***的运营成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式光纤测温方法，其特征在于，包括：

获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；

对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；

分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；

通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度；

若判断所述测量温度符合设定警报温度条件，则发出所述测量点温度异常的警报。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：

对所述第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后还包括：

对所述第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理。

4.根据权利要求3所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述对所述第一电信号和第二电信号进行小波去噪处理的步骤具体包括：

选取小波基函数，利用所述小波基函数对所述第一电信号和第二电信号进行小波分解得到不同尺度上的小波系数；

分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较，若所述小波系数小于所述设定的阈值，则去除所述小波系数，若所述小波系数大于等于所述阈值，则保留所述小波系数；

对所述不同尺度上的小波系数进行重构。

5.根据权利要求4所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述小波基函数为f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(x)为所述第一电信号或所述第二电信号；n(x)为均值为0，方差为s²的高斯白噪声，d为噪声水平；

所述小波系数的计算公式为Wf(2^j,x)，j＝1,2,3…n；其中j为不同尺度，W为加权因子。

6.根据权利要求5所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述分别将位于同一尺度上的小波系数和设定的阈值进行比较的步骤之前还包括：

计算位于同一尺度上为正数的小波系数的均值及方差，利用所述均值及方差确定初始阈值和初始步长；

将所述小波系数和所述初始阈值进行比较得到大于所述初始阈值的小波系数的过阈值个数，若所述过阈值个数大于等于前次尺度的过阈值个数，则将所述初始阈值加上所述初始步长，否则将所述初始阈值减去所述初始步长；

减小所述初始步长；

以此循环计算所述初始阈值，直到所述初始步长小于预设值，将此时的初始阈值定义为所述为正数的小波系数的设定的阈值；

以此方法确定位于同一尺度上为负数的小波系数的设定的阈值。

7.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述第一电信号是第一电压值，所述第二电信号是第二电压值；

所述通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度的步骤具体包括：

由所述第一电压值以及第二电压值分别获取所述第一频率光的第一光强以及第二频率光的第二光强；

将所述第一光强和所述第二光强的比值确定为所述测量点的测量温度。

8.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，在所述获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光的步骤之后还包括：

通过所述返回的拉曼散射光的传输时间以及所述拉曼散射光的传输速度，确定所述测量点的位置。

9.根据权利要求1所述的分布式光纤测温方法，其特征在于，所述对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光的步骤具体包括：

将50％的拉曼散射光信号耦合到所述分光器中，以得到第一频率光以及第二频率光，其中，所述第一频率光为斯托克斯光，所述第二频率光为反斯托克斯光。

10.一种分布式光纤测温***，其特征在于，包括：

传感光纤、光耦合器、光处理装置、电信号处理装置及警报装置，所述光耦合器设置在所述传感光纤的传输路径上，所述光处理装置与所述光耦合器连接，所述电信号处理装置与所述光处理装置连接，所述警报装置与所述电信号处理装置连接；

所述光处理装置包括分光器、第一信号转换单元及第二信号转换单元，所述第一信号转换单元以及所述第二信号转换单元分别与所述分光器及所述电信号处理装置连接；

所述光耦合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；

所述分光器用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；

所述第一转换单元用于对所述第一频率光进行光电转换，得到第一电信号；所述第二转换单元用于对所述第二频率光进行光电转换，得到第二电信号；

所述电信号处理装置用于通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度；

所述警报装置用于若判断所述测量温度符合设定警报温度条件，则发出所述测量点温度异常的警报。