本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式光纖測溫方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前常用的火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備為感溫電纜型火災(zāi)探測器。

感溫電纜型火災(zāi)探測器是將感溫電纜與電纜平行安放，當(dāng)電纜溫度超過固定溫度值時(shí)，感測電纜被短路。系統(tǒng)僅能一次性使用，不能測出電纜的實(shí)際溫度值；由于需另設(shè)感溫電纜，導(dǎo)致電纜數(shù)量多，系統(tǒng)安裝及維護(hù)不方便。

特別是對于一些大監(jiān)測環(huán)境，如隧道監(jiān)測需要對整條隧道進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且要求傳感器布設(shè)方便，能夠多次反復(fù)使用，系統(tǒng)具有本質(zhì)安全、抗干擾能力較強(qiáng)等特點(diǎn)。故傳統(tǒng)溫度監(jiān)測方法大都有著無法測量實(shí)際溫度、接線復(fù)雜、不適合在隧道鋪設(shè)等諸多缺點(diǎn)。且目前所用的測溫系統(tǒng)均為進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴，而國產(chǎn)測溫系統(tǒng)還未能大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種分布式光纖測溫方法及系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測量環(huán)境溫度，且傳感器布設(shè)簡單。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是：提供一種分布式光纖測溫方法，包括：

獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光；

對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光；

分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)；

通過第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到測量點(diǎn)的測量溫度；

若判斷測量溫度符合設(shè)定警報(bào)溫度條件，則發(fā)出測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

其中，在分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)的步驟之后還包括：

對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波。

其中，在分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)的步驟之后還包括：

對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波去噪處理。

其中，對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波去噪處理的步驟具體包括：

選取小波基函數(shù)，利用小波基函數(shù)對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波分解得到不同尺度上的小波系數(shù)；

分別將位于同一尺度上的小波系數(shù)和設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若小波系數(shù)小于設(shè)定的閾值，則去除小波系數(shù)，若小波系數(shù)大于等于閾值，則保留小波系數(shù)；

對不同尺度上的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。

其中，小波基函數(shù)為f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(shù)(x)為第一電信號(hào)或第二電信號(hào)；n(x)為均值為0，方差為s²的高斯白噪聲，d為噪聲水平；

小波系數(shù)的計(jì)算公式為Wf(2^j,x)，j＝1,2,3…n；其中j為不同尺度，W為加權(quán)因子。

其中，在分別將位于同一尺度上的小波系數(shù)和設(shè)定的閾值進(jìn)行比較的步驟之前還包括：

計(jì)算位于同一尺度上為正數(shù)的小波系數(shù)的均值及方差，利用均值及方差確定初始閾值和初始步長；

將小波系數(shù)和初始閾值進(jìn)行比較得到大于初始閾值的小波系數(shù)的過閾值個(gè)數(shù)，若過閾值個(gè)數(shù)大于等于前次尺度的過閾值個(gè)數(shù)，則將初始閾值加上初始步長，否則將初始閾值減去初始步長；

減小初始步長；

以此循環(huán)計(jì)算初始閾值，直到初始步長小于預(yù)設(shè)值，將此時(shí)的初始閾值定義為為正數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值；

以此方法確定位于同一尺度上為負(fù)數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值。

其中，第一電信號(hào)是第一電壓值，第二電信號(hào)是第二電壓值；

通過第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到測量點(diǎn)的測量溫度的步驟具體包括：

由第一電壓值以及第二電壓值分別獲取第一頻率光的第一光強(qiáng)以及第二頻率光的第二光強(qiáng)；

將第一光強(qiáng)和第二光強(qiáng)的比值確定為測量點(diǎn)的測量溫度。

其中，在獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光的步驟之后還包括：

通過返回的拉曼散射光的傳輸時(shí)間以及拉曼散射光的傳輸速度，確定測量點(diǎn)的位置。

其中，對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光的步驟具體包括：

將50％的拉曼散射光信號(hào)耦合到分光器中，以得到第一頻率光以及第二頻率光，其中，第一頻率光為斯托克斯光，第二頻率光為反斯托克斯光。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一種技術(shù)方案是：提供一種分布式光纖測溫系統(tǒng)，包括：

傳感光纖、光耦合器、光處理裝置、電信號(hào)處理裝置及警報(bào)裝置，光耦合器設(shè)置在傳感光纖的傳輸路徑上，光處理裝置與光耦合器連接，電信號(hào)處理裝置與光處理裝置連接，警報(bào)裝置與電信號(hào)處理裝置連接；

光處理裝置包括分光器、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元及第二信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，第一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元以及第二信號(hào)轉(zhuǎn)換單元分別與分光器及電信號(hào)處理裝置連接；

光耦合器用于獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光；

分光器用于對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光；

第一轉(zhuǎn)換單元用于對第一頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)；第二轉(zhuǎn)換單元用于對第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第二電信號(hào)；

電信號(hào)處理裝置用于通過第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到測量點(diǎn)的測量溫度；

警報(bào)裝置用于若判斷測量溫度符合設(shè)定警報(bào)溫度條件，則發(fā)出測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

有益效益：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明首先獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光，再對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光，分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)，通過第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到測量點(diǎn)的測量溫度，最后通過判斷測量溫度是否符合設(shè)定警報(bào)溫度條件，而發(fā)出測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。通過上述方式，可以精確監(jiān)測出光纖測量點(diǎn)的溫度，而且將光纖本身作為傳感器，實(shí)現(xiàn)真正的分布式測量，布設(shè)簡單，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的同時(shí)大大降低誤報(bào)和漏報(bào)率。而且，由于光纖本身完全電絕緣，因此，脈沖光在傳輸過程中不受任何外界環(huán)境的電磁干擾，又由于光纖傳輸數(shù)據(jù)量大、損耗小且不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，不僅在無需中繼的情況下，可以精確的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，還能夠有效降低傳感器本身的維護(hù)成本，進(jìn)而降低整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明分布式光纖測溫方法第一實(shí)施方式的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明分布式光纖測溫方法第二實(shí)施方式的流程示意圖；

圖3是圖2中步驟S205的具體流程示意圖；

圖4是本發(fā)明分布式光纖測溫系統(tǒng)一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明分布式光纖測溫系統(tǒng)另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明所提供的一種分布式光纖測溫方法及系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明分布式光纖測溫方法第一實(shí)施方式，包括：

S101：獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光；

由于光纖具有結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、電絕緣、耐高溫、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)施方式中將光纖本身作為溫度傳感器來采集溫度。適用于隧道火災(zāi)監(jiān)測等，還可以應(yīng)用于其他對于溫度敏感的惡劣環(huán)境，在此不做限定。

為了對監(jiān)測點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量，激光發(fā)生器在傳感光纖的起始位置發(fā)出激光，該激光在光脈沖調(diào)制器的調(diào)制作用下，形成設(shè)定周期和持續(xù)時(shí)間的短的脈沖光，該脈沖光在通過光耦合器在傳感光纖上傳播。在脈沖光的傳輸過程中，由于脈沖光與光纖分子發(fā)生相互作用，發(fā)生多種形式的散射，如由光纖分子的熱振動(dòng)和光子作用發(fā)生能量交換而形成的拉曼散射。不同距離點(diǎn)的散射光信號(hào)會(huì)有部分沿著傳輸光路返回至光耦合器。

對應(yīng)地，通過光耦合器獲取傳感光纖的測量點(diǎn)返回的光信號(hào)，如拉曼散射光。

S102：對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光；

拉曼散射光在產(chǎn)生的過程中，由于光纖分子的熱振動(dòng)和光子相互作用發(fā)生能量交換，一部分光能轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)比光源脈沖光波長長的第一頻率光，即斯托克斯光，一部分熱振動(dòng)轉(zhuǎn)換成光能，產(chǎn)生一個(gè)比光脈沖波長短的第二頻率光，即反斯托克斯光。其中，該第一頻率光和第二頻率光的波長的偏移量由傳感光纖組成元素的固定屬性決定。

具體地，本實(shí)施方式的光耦合器在接收到該拉曼散射光后，將拉曼散射光信號(hào)耦合到分光器中，得到第一頻率光以及第二頻率光。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，光耦合器將50％的拉曼散射光信號(hào)耦合到分光器中。

S103：分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)。

正如上述所分析，由于脈沖光在傳輸過程中，會(huì)產(chǎn)生各種不同類型的散射光，因此，拉曼散射光中可能還夾雜著其他類型的散射光和干擾光，為了使溫度測量更加準(zhǔn)確，需要盡量的保證分光后的第一頻率光和第二頻率光的純凈。因此，在分光器對拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光后，分別將該兩路不同頻率的光進(jìn)行處理。

具體地，首先分別對該兩路不同頻率的光進(jìn)行帶通濾波處理，得到比較純凈的第一頻率光和第二頻率光，然后再對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。

其中，該第一電信號(hào)為第一電壓值，第二電信號(hào)為第二電壓值。

其中，本實(shí)施方式中通過雪崩光電二極管APD對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大。在其他實(shí)施方式中，也可以通過其他器件對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，在此不做限定。

S104：通過第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到測量點(diǎn)的測量溫度。

在得到第一電信號(hào)和第二電信號(hào)以后，為了使監(jiān)測結(jié)果更加精確，進(jìn)一步地對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波。

在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，用matlab實(shí)現(xiàn)對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)的卡爾曼濾波，以濾出噪聲，得到純凈的第一電信號(hào)和第二電信號(hào)?？柭鼮V波是以最小均方誤差為估計(jì)的最佳準(zhǔn)則，來尋求一套遞推估計(jì)的算法，其基本思想是：采用信號(hào)與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時(shí)刻的估計(jì)值和現(xiàn)時(shí)刻的觀測值來更新對狀態(tài)變量的估計(jì)，求出現(xiàn)時(shí)刻的估計(jì)值。具體運(yùn)算過程為：

首先以一個(gè)離散控制過程為例討論卡爾曼濾波算法。該系統(tǒng)可用一個(gè)線性微分方程來描述。

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時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，U(k)是K時(shí)刻對系統(tǒng)的控制量，A和B是系統(tǒng)參數(shù)，對于多模型系統(tǒng)，它們?yōu)榫仃?。Z(k)是K時(shí)刻的測量值，H是測量系統(tǒng)的參數(shù)，對于多測量系統(tǒng)，H為矩陣。W(k)和V(k)分別表示系統(tǒng)和測量過程中的噪聲，使用卡爾曼濾波時(shí)，我們認(rèn)為噪聲滿足高斯白噪聲模型，設(shè)W(k)和V(k)的協(xié)方差分別為Q和R。

第一步，預(yù)測現(xiàn)在的狀態(tài)：

X(k|k-1)＝A·X(k-1|k-1)+B·U(k)......(3)

(3)式中X(k|k-1)是利用上一狀態(tài)預(yù)測的結(jié)果，X(k-1|k-1)是上一時(shí)刻的最優(yōu)預(yù)測值，U(k)為現(xiàn)在狀態(tài)的控制量，如果沒有，可以為0。

經(jīng)過公式(3)后系統(tǒng)結(jié)果已經(jīng)更新了，對應(yīng)于X(k|k-1)的協(xié)方差還沒有更新，用P表示協(xié)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)對應(yīng)的協(xié)方差，P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)對應(yīng)的協(xié)方差，A^T是A的轉(zhuǎn)置矩陣，Q是系統(tǒng)的噪聲，(3)和(4)式便是卡爾曼濾波中的對系統(tǒng)的預(yù)測，接下來就要參考測量值進(jìn)行估計(jì)。

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

由上面分析可知為了實(shí)現(xiàn)遞歸，每次的K_g都是實(shí)時(shí)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)

這樣每次P(k|k)和K_g(k)都需要前一時(shí)刻的值來更新，遞歸的估計(jì)下去。

(3)式-(7)式便是卡爾曼濾波器算法的五條核心公式，利用這五條核心公式在matlab中設(shè)置好參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)的卡爾曼濾波，可以消除噪聲信號(hào)。

對進(jìn)行卡爾曼濾波后的第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到測試點(diǎn)的測量溫度。由于拉曼散射光的光強(qiáng)度與溫度有關(guān)，即可以通過第一頻率光的第一光強(qiáng)與第二頻率光的第二光強(qiáng)的比值確定測量點(diǎn)的測試溫度。

具體地，第一光強(qiáng)與第一電信號(hào)即第一電壓值存在對應(yīng)關(guān)系，第二光強(qiáng)與第二電信號(hào)即第二電壓值存在對應(yīng)關(guān)系，因此，可根據(jù)第一電壓值獲取第一光強(qiáng)，根據(jù)第二電壓值獲取第二光強(qiáng)。在通過公式確定測量點(diǎn)的溫度R(T)，其中，I_a為第一光強(qiáng)，I_s為第二光強(qiáng)。

S105：若判斷測量溫度符合設(shè)定警報(bào)溫度條件，則發(fā)出測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

在得到測量點(diǎn)的測量溫度后，為了進(jìn)一步確定該測量點(diǎn)的測量溫度是否存在異常，如大幅度提高或降低，需進(jìn)一步對該測量點(diǎn)的溫度進(jìn)行判斷。

具體地，可提前設(shè)定警報(bào)溫度條件，例如，可設(shè)置多個(gè)定溫點(diǎn)警報(bào)，可針對環(huán)境變化情況設(shè)置不同警報(bào)控制區(qū)域，各警報(bào)控制區(qū)按照用戶的運(yùn)行要求或者運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)定不同的警報(bào)溫度或者溫升速率。

判斷過程可為：將該測量點(diǎn)當(dāng)前的測量溫度與前一時(shí)刻得到的測量溫度相比較，判斷所述測量點(diǎn)當(dāng)前的測量溫度與之前得到的測量溫度間是否發(fā)生超過設(shè)定值的變化，如果發(fā)生變化，進(jìn)一步判斷該變化是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則代表該測量點(diǎn)的溫度正常。如果該變化不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則發(fā)出該測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

或者做出該測量點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的測量溫度曲線圖，計(jì)算其溫升速率，如果溫升速率在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則代表該測量點(diǎn)的溫度正常，如果溫升速率不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則發(fā)出該測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

步驟S106中以測量溫度為基礎(chǔ)進(jìn)行判斷，但是在另一具體的實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步消除第一頻率光和第二頻率光由于波長不同而產(chǎn)生的衰減差異和響應(yīng)差異，可在傳感光纖的傳輸路徑上設(shè)置參考光纖，可選設(shè)置在該傳感光纖的前200米，利用參考光纖的測量溫度和實(shí)際溫度來矯正測量點(diǎn)的測量溫度，使警報(bào)發(fā)出更加準(zhǔn)確。

該參考光纖的測量溫度的獲取方式與上述測量點(diǎn)的測量溫度的獲取方式相同，在此不再贅述。該實(shí)際溫度為該參考光纖存儲(chǔ)在恒溫箱的溫度。在具體實(shí)施方式中，該實(shí)際溫度可通過一個(gè)電壓值來對應(yīng)。

通過下述公式來求得測量點(diǎn)的實(shí)際溫度T，公式如下所示其中，R(T)為測量點(diǎn)的測量溫度，R(T₀)為參考光纖的測量溫度，T₀為參考光纖的實(shí)際溫度，h為普朗克常數(shù)，c為光速，μ為波爾茲曼常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，其中，K＝1.3806488(13)×10^-23J/K。

通過上述方式，能夠進(jìn)一步消除第一頻率光和第二頻率光由于波長不同而產(chǎn)生的衰減差異和響應(yīng)差異，提高監(jiān)測到的測量點(diǎn)的溫度，從而能夠發(fā)出更加準(zhǔn)確的警報(bào)。

在上述實(shí)施方式中，在得到測量點(diǎn)溫度后，進(jìn)一步確定該測量點(diǎn)位于傳感光纖的位置，即實(shí)現(xiàn)對測量點(diǎn)的定位。

在一個(gè)可選實(shí)施實(shí)施方式中，通過返回光耦合器的拉曼散射光的傳輸時(shí)間以及該拉曼散射光的傳輸速度，即距離＝傳輸時(shí)間*傳輸速度的原理確定該測量點(diǎn)的位置。

在另一個(gè)具體的實(shí)施方式中，根據(jù)拉曼散射光的信號(hào)采樣頻率來確定測量點(diǎn)的位置，比如，采樣頻率為150MHZ，每秒采集150M個(gè)數(shù)據(jù)，所以每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)間為t＝1/1.5ns，如果光在光纖中的傳播速度為c＝2*10⁸m/s，則兩個(gè)采樣點(diǎn)之間對應(yīng)的實(shí)際距離s為s＝ct＝2*10⁸*(1/1.5)＝0.65m。在根據(jù)間隔的采樣點(diǎn)的數(shù)量確定距離。

通過上述方式，不僅可以精確地對傳感光纖的測量點(diǎn)進(jìn)行精確定位，在實(shí)際測量中，精度可以達(dá)到0.67米，對不同測量點(diǎn)設(shè)定警報(bào)溫度條件，實(shí)現(xiàn)沿著光纖分布的多個(gè)測量點(diǎn)和多個(gè)溫度點(diǎn)報(bào)警。而且將光纖本身作為傳感器，實(shí)現(xiàn)真正的分布式測量，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的同時(shí)大大降低誤報(bào)和漏報(bào)率。而且，由于光纖本身完全電絕緣，因此，脈沖光在傳輸過程中不受任何外界環(huán)境的電磁干擾，又由于光纖傳輸數(shù)據(jù)量大、損耗小且不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，不僅在無需中繼的情況下，可以精確的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，還能夠有效降低傳感器本身的維護(hù)成本，進(jìn)而降低整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

請參閱圖2，圖2是本發(fā)明分布式光纖測溫方法第二實(shí)施方式的流程示意圖。本實(shí)施方式在分別對第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)的步驟之后還包括：

S205：對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波去噪處理。

對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波去噪處理，可以消除噪聲信號(hào)，使測量溫度更加準(zhǔn)確，如圖3所示，該步驟具體包括：

S2051：選取小波基函數(shù)，利用小波基函數(shù)對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行小波分解得到不同尺度上的小波系數(shù)；

具體地，小波基函數(shù)為f(x)＝g(x)+dn(x)，其中g(shù)(x)為光電轉(zhuǎn)換后的第一電信號(hào)或第二電信號(hào)，n(x)為均值為0，方差為s²的高斯白噪聲，d為噪聲水平；

小波系數(shù)的計(jì)算公式為Wf(2^j,x)，j＝1,2,3…n；其中j為不同尺度，W為加權(quán)因子，利用該公式計(jì)算出第一電信號(hào)或第二電信號(hào)在不同尺度上的小波系數(shù)。

S2052：分別將位于同一尺度上的小波系數(shù)和設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若小波系數(shù)小于設(shè)定的閾值，則去除小波系數(shù)，若小波系數(shù)大于等于閾值，則保留小波系數(shù)；

設(shè)定的閾值是由小波系數(shù)本身來確定的，確定過程具體為：

a：從大尺度j＝n開始，對小波系數(shù)為正數(shù)的所有值，計(jì)算出均值及這些數(shù)的方差，根據(jù)均值和方差確定初始閾值和初始步長，如令均值為初始閾值，令方差為初始步長；

b：將小波系數(shù)和初始閾值進(jìn)行比較得到大于初始閾值的小波系數(shù)的過閾值個(gè)數(shù)，若過閾值個(gè)數(shù)大于等于前次尺度的過閾值個(gè)數(shù)，則將初始閾值加上初始步長，否則將初始閾值減去初始步長；

由于j＝n時(shí)為最大尺度，無法和前次尺度的過閾值個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，因此可以直接將初始閾值定義為小波系數(shù)為正數(shù)的設(shè)定的閾值；當(dāng)j＝n-1時(shí)，將此時(shí)的過閾值個(gè)數(shù)和j＝n時(shí)的過閾值個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，如果此時(shí)的過閾值個(gè)數(shù)變大，則將初始閾值加上初始步長，如果此時(shí)的過閾值個(gè)數(shù)減小，則將初始閾值減去初始步長；當(dāng)j＝n-2時(shí)，和j＝n-1時(shí)的過閾值個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，以此類推至j＝1時(shí)。

c：減小初始步長；

在進(jìn)行初始閾值加上初始步長或減去初始步長后，減小初始步長，如初始步長減半。

d：以此循環(huán)計(jì)算初始閾值，直到初始步長小于預(yù)設(shè)值，將此時(shí)的初始閾值定義為為正數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值；

重復(fù)步驟b、c，直到初始步長小于預(yù)設(shè)值，預(yù)設(shè)值為提前設(shè)定的數(shù)值，通常與消除噪聲的程度相關(guān)。將此時(shí)的初始閾值定義為為正數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值。

e：以此方法確定位于同一尺度上為負(fù)數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值。

對小波系數(shù)為負(fù)數(shù)的所有值，利用步驟a、b、c、d確定為負(fù)數(shù)的小波系數(shù)的設(shè)定的閾值。

每一尺度上的設(shè)定的閾值確定后，從大尺度j＝n開始，依次對位于同一尺度上的為正數(shù)的小波閾值和為負(fù)數(shù)的小波閾值進(jìn)行去噪處理，將小波系數(shù)大于等于設(shè)定的閾值的所有數(shù)值保留，去除小于設(shè)定的閾值的小波系數(shù)，實(shí)現(xiàn)噪聲信號(hào)的去除。

S2053：對不同尺度上的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。

對不同尺度上的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)得到消除噪聲后的第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。

在另一個(gè)具體的實(shí)施方式中，在步驟S204之前還可首先對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波處理，消除較大一些的噪聲信號(hào)，再進(jìn)行步驟S204的小波去噪處理，消除較小一些的噪聲信號(hào)，進(jìn)行兩級(jí)消除噪聲信號(hào)處理，得到更加準(zhǔn)確的測量溫度。

另外，在又一個(gè)具體的實(shí)施方式中，步驟S204還可在步驟S205之后，對測量溫度進(jìn)行小波去噪處理，也得到更加準(zhǔn)確的測量溫度。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明分布式光纖測溫系統(tǒng)一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示，該分布式光纖測溫系統(tǒng)包括傳感光纖301、光耦合器302、光處理裝置303、電信號(hào)處理裝置304及警報(bào)裝置305，其中，該光耦合器302與光處理裝置303電路連接，進(jìn)一步如圖3所示，該光處理裝置303包括分光器3031、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元3032、第二信號(hào)轉(zhuǎn)換單元3033，其中，該第一信號(hào)轉(zhuǎn)換單元3032以及第二信號(hào)轉(zhuǎn)換單元3033分別與分光器3031以及電信號(hào)處理裝置304電路連接。

該光耦合器302用于獲取傳感光纖301的測量點(diǎn)返回的拉曼散射光。

由于光纖具有結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、電絕緣、耐高溫、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)施方式中將光管本身作為溫度傳感器來采集溫度。適用于隧道火災(zāi)監(jiān)測等，還可以應(yīng)用于其他對于溫度敏感的惡劣環(huán)境，在此不做限定。

為了對監(jiān)測點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量，進(jìn)一步如圖4所示，激光器406在傳感光纖401的起始位置發(fā)出激光，該激光在光脈沖調(diào)制器407的調(diào)制作用下，形成設(shè)定周期和持續(xù)時(shí)間的短的脈沖光，該脈沖光在通過光耦合器402在傳感光纖上傳播。在脈沖光的傳輸過程中，由于脈沖光與光纖分子發(fā)生相互作用，發(fā)生多種形式的散射，如由光纖分子的熱振動(dòng)和光子作用發(fā)生能量交換而形成的拉曼散射。不同距離點(diǎn)的散射光信號(hào)會(huì)有部分沿著傳輸光路返回至光耦合器402。

對應(yīng)地，光耦合器402獲取傳感光纖401的測量點(diǎn)返回的光信號(hào)，如拉曼散射光。

光脈沖調(diào)制器407通過電信號(hào)處理裝置404提供時(shí)鐘，以設(shè)定周期和持續(xù)時(shí)間的短的脈沖光，因此，該電信號(hào)處理裝置404與光脈沖調(diào)制器407的工作時(shí)鐘同步，兩者電路連接。

分光器3031用于對至少部分所述拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光。

進(jìn)一步參閱圖3，拉曼散射光在產(chǎn)生的過程中，由于光纖分子的熱振動(dòng)和光子相互作用發(fā)生能量交換，一部分光能轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)比光源脈沖光波長長的第一頻率光，即斯托克斯光，一部分熱振動(dòng)轉(zhuǎn)換成光能，產(chǎn)生一個(gè)比光脈沖波長短的第二頻率光，即反斯托克斯光。其中，該第一頻率光和第二頻率光的波長的偏移量由傳感光纖組成元素的固定屬性決定。

具體地，本實(shí)施方式的光耦合器302在接收到該拉曼散射光后，將拉曼散射光信號(hào)耦合到分光器3031中，分光器3031對至少部分拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，光耦合器302將50％的拉曼散射光信號(hào)耦合到分光器3031中。

第一轉(zhuǎn)換單元3032用于對第一頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第一電信號(hào)；第二轉(zhuǎn)換單元3033用于對第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到第二電信號(hào)。

正如上述所分析，由于脈沖光在傳輸過程中，會(huì)產(chǎn)生各種不同類型的散射光，因此，拉曼散射光中可能還夾雜著其他類型的散射光和干擾光，為了使溫度測量更加準(zhǔn)確，需要盡量的保證分光后的第一頻率光和第二頻率光的純凈。因此，在分光器3031對拉曼散射光進(jìn)行分光得到第一頻率光以及第二頻率光后，分別將該兩路不同頻率的光進(jìn)行處理。

具體地，第一轉(zhuǎn)換單元3032對第一頻率光進(jìn)行帶通濾波處理，然后再對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第一電信號(hào)。第二轉(zhuǎn)換單元3033對第二頻率光進(jìn)行帶通濾波處理，然后再對經(jīng)過帶通濾波處理后的第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，得到第二電信號(hào)。

其中，該第一電信號(hào)為第一電壓值，第二電信號(hào)為第二電壓值。

其中，本實(shí)施方式中第一轉(zhuǎn)換單元3032以及第二轉(zhuǎn)換單元3033是通過雪崩光電二極管APD對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大。在其他實(shí)施方式中，也可以通過其他器件對經(jīng)過帶通濾波處理后的第一頻率光和第二頻率光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，在此不做限定。

電信號(hào)處理裝置304用于通過所述第一電信號(hào)以及第二電信號(hào)與測量溫度間的對應(yīng)關(guān)系得到所述測量點(diǎn)的測量溫度。

在得到第一電信號(hào)和第二電信號(hào)以后，為了使監(jiān)測結(jié)果更加精確，電信號(hào)處理裝置304進(jìn)一步地對第一電信號(hào)和第二電信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波和/或小波去噪處理。

由于拉曼散射光的光強(qiáng)度與溫度有關(guān)，電信號(hào)處理裝置304即可以通過第一頻率光的第一光強(qiáng)與第二頻率光的第二光強(qiáng)的比值確定測量點(diǎn)的測試溫度。

具體地，第一光強(qiáng)與第一電信號(hào)即第一電壓值存在對應(yīng)關(guān)系，第二光強(qiáng)第二電信號(hào)即第二電壓值存在對應(yīng)關(guān)系，因此，電信號(hào)處理裝置304可根據(jù)第一電壓值獲取第一光強(qiáng)，根據(jù)第二電壓值獲取第二光強(qiáng)。在通過公式確定測量點(diǎn)的溫度R(T)，其中，I_a為第一光強(qiáng)，I_s為第二光強(qiáng)。

電信號(hào)處理裝置304在得到測量點(diǎn)的測量溫度后，為了進(jìn)一步確定該測量點(diǎn)的測量溫度是否存在異常，如大幅度提高或降低，需警報(bào)裝置305進(jìn)一步對該測量點(diǎn)的溫度進(jìn)行判斷。

具體地，可在警報(bào)裝置305中提前設(shè)定警報(bào)溫度條件，例如，可設(shè)置多個(gè)定溫點(diǎn)警報(bào)，可針對環(huán)境變化情況設(shè)置不同警報(bào)控制區(qū)域，各警報(bào)控制區(qū)按照用戶的運(yùn)行要求或者運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)定不同的警報(bào)溫度或者溫升速率。

判斷過程可為：將該測量點(diǎn)當(dāng)前的測量溫度與前一時(shí)刻得到的測量溫度相比較，判斷所述測量點(diǎn)當(dāng)前的測量溫度與之前得到的測量溫度間是否發(fā)生超過設(shè)定值的變化，如果發(fā)生變化，進(jìn)一步判斷該變化是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則代表該測量點(diǎn)的溫度正常。如果該變化不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，警報(bào)裝置305發(fā)出該測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

或者做出該測量點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的測量溫度，計(jì)算其溫升速率，如果溫升速率在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則代表該測量點(diǎn)的溫度正常，如果溫升速率不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，警報(bào)裝置305發(fā)出該測量點(diǎn)溫度異常的警報(bào)。

通過上述方式，不僅可以精確地對傳感光纖的測量點(diǎn)進(jìn)行精確定位，在實(shí)際測量中，精度可以達(dá)到0.67米，對不同測量點(diǎn)設(shè)定警報(bào)溫度條件，實(shí)現(xiàn)沿著光纖分布的多個(gè)測量點(diǎn)和多個(gè)溫度點(diǎn)報(bào)警。而且將光纖本身作為傳感器，實(shí)現(xiàn)真正的分布式測量，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的同時(shí)大大降低誤報(bào)和漏報(bào)率。而且，由于光纖本身完全電絕緣，因此，脈沖光在傳輸過程中不受任何外界環(huán)境的電磁干擾，又由于光纖傳輸數(shù)據(jù)量大、損耗小且不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，不僅在無需中繼的情況下，可以精確的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，還能夠有效降低傳感器本身的維護(hù)成本，進(jìn)而降低整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。