分布式测温方法和系统

    专利查询2025-07-15  19


    本技术涉及分布式测温,具体涉及一种分布式测温方法和系统。


    背景技术:

    1、目前,光纤式分布式测温基于拉曼散射信号强度解调,而随测温点距离的增加,光信号的强度也在衰减,再经过光电探测器将光信号转换为电压信号时,由于光电探测器本身会带来大量的背景噪声,信噪比就非常低,通过数字采集设备读取并解调该电压信号后,很难获得稳定的温度读数。

    2、相关技术中,通过使用多次平均算法降低噪声,提高信噪比。但是,多次平均算法是比较耗时的,如希望降低10db以上的噪声,那么就需要平均100次,通常两次采样的间隔在10秒,共需1000秒,约17分钟,即每次计算得到的温度数据都是17分钟内所有数据的平均值,这个平均值无法准确的展示17分钟内的温度变化,且造成了温度响应约8分钟的滞后。多次平均算法具有占用的计算资源高、温度响应滞后、消耗时间长的问题。

    3、因此,亟需提出一种分布式测温方法以改进上述问题。


    技术实现思路

    1、本技术公开了一种分布式测温方法和系统,通过使用改进的beeps算法(bilateral estimation-based enhancement of perceptual signal-to-noise ratio,基于双边估计的感知信噪比增强算法)对温度数据进行降噪,使相关性高的数据相邻排布,并分别针对不同测温点设置降噪权重,提高分布式测温系统的响应速度,减少计算量和占用内存。

    2、在一些实施例中,公开了一种分布式测温方法,分布式测温方法应用于分布式测温系统,分布式测温系统包括多个测温点,分布式测温方法包括:获取分布式测温系统的多组温度数据,每组温度数据的获取时间不同,每组温度数据包括每个测温点的温度值;基于获取每组温度数据的次序和第一预设规则,构建第一温度表,第一温度表包括n行,每行具有m个第一存储位,n对应于温度数据的总组数,m对应于测温点的数量;第一温度表中,每行存储一组温度数据,每个第一存储位存储一个温度值;按照第二预设规则,将第一温度表转化为第一温度序列,第一温度序列包括1行n×m列的第二存储位;确定第一温度序列对应的第二温度序列,第二温度序列是使用目标降噪算法对第一温度序列降噪后得到的;目标降噪算法采用目标比重影响因子序列,目标比重影响因子序列包含多个目标比重影响因子,目标比重影响因子与测温点一一对应,目标比重影响因子用于影响目标比重影响因子对应的测温点的温度值的权重,每个目标比重影响因子相同或不同;提取第二温度序列中的目标温度数据,目标温度数据包括每个测温点的获取时间最晚的温度值。

    3、采用本技术提供的分布式测温方法,通过使用改进的beeps算法降噪,减少使用多次平均算法降噪带来的温度响应滞后、占用内存高、平均后短时间内的温度变化无法被准确地反映的问题。通过使用第一预设规则将获取到的温度数据构建成第一温度表,将相关性更高的温度数据排列设置在一起,以便于在对第一温度序列的降噪过程中,更好的考虑数据之间的相关性,减少相关性低的数据之间的互相影响。并且,基于在降噪算法中确定目标比重影响因子序列,更好的考虑到光纤首尾端信噪比不同,以分别针对首尾端做不同的降噪效果,提高降噪效率,减少降噪所需的计算量。

    4、可选地,基于获取每组温度数据的次序和第一预设规则,构建第一温度表,包括:构建第一初始温度表,第一初始温度表包括n行m列;按照第一预设规则和获取每组温度数据的次序i,计算每组温度数据在第一初始温度表中的目标存储行数;将温度数据存放至目标存储行数对应的存储位内。

    5、可选地,按照第一预设规则和获取每组温度数据的次序i,计算每组温度数据在第一初始温度表中的目标存储行数,包括:

    6、在获取每组温度数据的次序i为奇数的情况下,第一预设规则包括如下公式:

    7、;

    8、其中,为目标存储行数;

    9、或者,在获取每组温度数据的次序i为偶数的情况下,第一预设规则包括如下公式:

    10、。

    11、可选地,第二预设规则包括:将第一温度表中,从第一列开始,依次将前一列的尾部与第二列的首部相连接,形成第一温度序列。

    12、可选地,确定第一温度序列对应的第二温度序列,包括:基于分布式测温系统中的噪声水平和基础比重影响因子序列,确定第一温度序列对应的目标比重影响因子序列;基于目标比重影响因子序列,确定第一温度序列对应的前向序列和后向序列;根据前向序列和后向序列,确定第二温度序列。

    13、可选地,分布式测温系统包括光纤,基于分布式测温系统中的噪声水平和基础比重影响因子序列,确定第一温度序列对应的目标比重影响因子序列,包括:在分布式测温系统中,选定第一预设区段和第二预设区段,第一预设区段位于分布式测温系统的光纤的首部,第二预设区段位于分布式测温系统的光纤的尾部;第一预设区段包括多个第一测温点,任意两个相邻的第一测温点之间的温差小于第一预设值,第二预设区段包括多个第二测温点,任意两个相邻的第二测温点之间的温差小于第二预设值;确定第一预设区段的第一噪声水平和第二预设区段的第二噪声水平;分布式测温系统中的噪声水平包括第一噪声水平和第二噪声水平;在第一噪声水平大于第一噪声阈值或第二噪声水平大于第二噪声阈值的情况下,按照预设步长调整基础比重影响因子序列,并重新计算第一噪声水平和第二噪声水平;在第一噪声水平大于第一噪声阈值或第二噪声水平大于第二噪声阈值的情况下,确定当前的比重影响因子序列为目标比重影响因子序列。

    14、可选地,确定第一预设区段的第一噪声水平和第二预设区段的第二噪声水平,包括:获取每个第一测温点的第一噪声值和每个第二测温点的第二噪声值;基于标准差技术,计算多个第一噪声值的第一噪声水平,以及计算多个第二噪声值的第二噪声水平;和/或,基础比重影响因子序列包括:第三测温点对应的第一基础比重影响因子为第一预设影响因子,第四测温点对应的第二基础比重影响因子为第二预设影响因子,;第三测温点为分布式测温系统中的第一个测温点,第四测温点为分布式测温系统中的最后一个测温点;;其中,为第五测温点的位序,为位序为的第五测温点对应的第三基础比重影响因子,第五测温点位于第三测温点和第四测温点之间,为测温点的总数量;预设步长包括第一预设步长和第二预设步长,按照预设步长调整基础比重影响因子序列,包括:在第一噪声水平大于第一噪声阈值的情况下,调整第三测温点对应的第一基础比重影响因子,调整第五测温点对应的第三基础比重影响因子;在第二噪声水平大于第二噪声阈值的情况下,调整第三测温点对应的第一基础比重影响因子,调整第四测温点对应的第二基础比重影响因子,调整第五测温点对应的第三基础比重影响因子。

    15、可选地,基于目标比重影响因子序列,确定第一温度序列对应的前向序列和后向序列,包括:按照如下公式确定第一温度序列对应的前向序列:

    16、;

    17、;

    18、其中,k为第一温度序列中每个温度值的次序,为第一温度序列中每个温度值对应的前向序列中的数据,为第一温度序列中次序为k的温度值对应的测温点对应的目标比重影响因子,为第一温度序列中次序为k处的温度值;

    19、;

    20、其中,和是温度数据对应的强度值,为值域标准差;

    21、按照如下公式确定第一温度序列对应的后向序列:

    22、;

    23、;

    24、其中,为第一温度序列中每个温度值对应的后向序列中的数据;

    25、和/或,根据前向序列和后向序列,确定第二温度序列,包括:

    26、按照如下公式确定第二温度序列:

    27、。

    28、可选地,提取第二温度序列中的目标温度数据,包括:按照第三预设规则,将第二温度序列转化为第二温度表;第三预设规则包括:按照存储位的数量,将第二温度序列从首至尾依次分割为长度为存储位的数量的多个序列,并将多个序列依次按列填入第二温度表内;提取第二温度表中获取时间最晚的一组温度数据。

    29、在一些实施例中,提供了一种分布式测温系统,包括:依次沿光轴设置的光源、光纤、光电探测器和数据采集单元;光源被配置为发出第一光束,第一光束在光纤内传播形成第二光束;光电探测器被配置为用于捕捉第二光束,并产生电信号;数据采集单元被配置为采集电信号并对电信号进行处理;数据采集单元还被配置为获取分布式测温系统的多组温度数据,每组温度数据的获取时间不同,每组温度数据包括每个测温点的温度值;基于获取每组温度数据的次序和第一预设规则,构建第一温度表,第一温度表包括n行,每行具有m个第一存储位,n对应于温度数据的总组数,m对应于测温点的数量;第一温度表中,每行存储一组温度数据,每个第一存储位存储一个温度值;按照第二预设规则,将第一温度表转化为第一温度序列,第一温度序列包括1行n×m列的第二存储位;确定第一温度序列对应的第二温度序列,第二温度序列是使用目标降噪算法对第一温度序列降噪后得到的;目标降噪算法采用目标比重影响因子序列,目标比重影响因子序列包含多个目标比重影响因子,目标比重影响因子与测温点一一对应,目标比重影响因子用于影响目标比重影响因子对应的测温点的温度值的权重,每个目标比重影响因子相同或不同;提取第二温度序列中的目标温度数据,目标温度数据包括每个测温点的获取时间最晚的温度值。

    30、可以理解地,上述提供的分布式测温系统提供的技术方案所能达到的有益效果,可参考分布式测温方法及其任一种可选的实施方式中的有益效果,此处不再赘述。


    技术特征:

    1.一种分布式测温方法,其特征在于,所述分布式测温方法应用于分布式测温系统,所述分布式测温系统包括多个测温点,所述分布式测温方法包括:

    2.根据权利要求1所述的分布式测温方法,其特征在于,所述基于获取每组所述温度数据的次序和第一预设规则,构建第一温度表,包括:

    3.根据权利要求2所述的分布式测温方法,其特征在于,所述按照第一预设规则和获取每组所述温度数据的次序i,计算每组所述温度数据在所述第一初始温度表中的目标存储行数,包括:

    4.根据权利要求1所述的分布式测温方法,其特征在于,

    5.根据权利要求1所述的分布式测温方法,其特征在于,所述确定所述第一温度序列对应的第二温度序列,包括:

    6.根据权利要求5所述的分布式测温方法,所述分布式测温系统包括光纤,其特征在于,所述基于所述分布式测温系统中的噪声水平和基础比重影响因子序列,确定所述第一温度序列对应的目标比重影响因子序列,包括:

    7.根据权利要求6所述的分布式测温方法,其特征在于,

    8.根据权利要求5所述的分布式测温方法,其特征在于,

    9.根据权利要求1所述的分布式测温方法,其特征在于,所述提取所述第二温度序列中的目标温度数据,包括:

    10.一种分布式测温系统,其特征在于,包括:


    技术总结
    本申请涉及分布式测温技术领域,具体涉及一种分布式测温方法和系统。其中,分布式测温方法包括:获取分布式测温系统的多组温度数据;基于获取每组温度数据的次序和第一预设规则,构建第一温度表;按照第二预设规则,将第一温度表转化为第一温度序列;确定第一温度序列对应的第二温度序列,第二温度序列是使用目标降噪算法对第一温度序列降噪后得到的;提取第二温度序列中的目标温度数据。使用改进的BEEPS算法对温度数据进行降噪,使相关性高的数据相邻排布,并分别针对不同测温点设置降噪权重,提高分布式测温系统的响应速度,减少计算量和占用内存。

    技术研发人员:侯墨语,王纪强,李振,赵林,张华
    受保护的技术使用者:山东省科学院激光研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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