1.一种基于拉曼后向散射的光纤温度和位移传感系统,其特征在于:温度计算模块接收采集卡输出Stocks和Anti‑stocks两路后向散射信号功率,进行计算获得光纤沿线温度数据,并将温度数据输入到位移计算模块;采集不同温度下Stocks后向散射信号功率,位移计算模块根据温度计算模块输入的温度数据计算温度对Stocks后向散射信号功率的影响系数,获得功率‑温度修正系数,并对Stocks后向散射信号功率进行修正,消除温度对位移计算的影响,最后利用修正后的Stocks后向散射信号功率进行位移计算获得光纤测量的位移值。
2.一种基于拉曼后向散射的光纤温度和位移传感方法,其特征在于:
步骤1:采集卡连续采集40960条Stocks和Anti‑stocks后向散射信号功率曲线,然后分别对40960条Stocks和Anti‑stocks后向散射信号功率曲线上每个数据点进行累加平均,分别为:ysi=(xsi,1+xsi,2+……xsi,k)/k,k=40960,i为曲线上数据点编号;yAsi=(xAsi,1+xAsi,2+……xAsi,k)/k,k=40960 ,i为曲线上数据点编号;再对累加平均后的Stocks和Anti‑stocks后向散射信号功率曲线分别进行滑动平均,分别为 , M为滑动平均的步长,ysi为Stocks后向散射信号功率累加平均曲线上第i个数据点,yAsi为Anti‑stocks后向散射信号功率累加平均曲线上第i个数据点,zsj为Stocks后向散射信号功率滑动平均曲线上第j个数据点,zAsj为Anti‑stocks后向散射信号功率滑动平均曲线上第j个数据点,滑动平均的步长M=7;
步骤2:基于拉曼后向散射温度传感原理,利用Stocks和Anti‑stocks后向散射信号功率计算整条光纤沿线的温度值;采集不同温度下Stocks后向散射信号功率数据,计算每个数据点的温度对功率的影响系数,获得功率‑温度修正系数Tj;再利用功率‑温度修正系数Tj对采集到的Stocks后向散射信号功率进行功率修正,wj=Tj*zsj;
步骤3:在传感光纤某一位置处进行l=20次施加位移,采集并计算20条Stocks后向散射信号功率曲线的功率损耗值的差值曲线Ldfj(wj)= =10log10(wj+n/wj),n为差值计算步长,并从Ldfj(wj)中提取20条Stocks后向散射信号功率曲线在施加位移位置处的功率损耗值的差值d=[d1, d2, ……, dl];计算过程如下:1)在传感光纤某一位置处0‑5mm范围内间隔
0.25mm进行l=20次施加位移p=[p1, p2, ……, pl], l=20,采集并计算20条Stocks后向散射信号功率曲线的功率损耗值L(wj),L(wj)=10log10(wj)/w0),w0为Stocks后向散射信号功率滑动平均曲线起始点的功率,wj为Stocks后向散射信号功率滑动平均曲线上第j个数据点的功率;2)计算20条Stocks后向散射信号功率曲线功率损耗值的差值曲线:Ldfj(wj)= L(wj+n)–L(wj)=10log10(wj+n/wj),n为差值计算步长,n= 7;3)从Ldfj(wj)中提取20条Stocks后向散射信号功率曲线在施加位移位置处的功率损耗值的差值d=[d1, d2, ……, dl], l=
20;
n n−1
步骤4:对施加位移位置处的数值点进行3次非线性拟合p =k1d+k2d +...+knd+kn+1; n=3,获得曲线的拟合参数k1,k2,k3,k4;利用曲线拟合参数对采集并计算到的功率损耗值的差值进行拟合,计算传感光纤测量得到的位移值。