CN101551280A - 一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，它主要包括激光器，它的输出端连接光分路器；选光分路器输出的测量光纤起始部分一段作为参考光纤并用铂电阻测它周边环境的温度；光分路器把后向散射光分出Stocks和反Stocks2路光；传入APD接受控制模块中的由2个APD组成的APD组中；APD接受控制模块中也设置了一个铂电阻，它把传影响APD光电转换信号的倍乘因子的参量：APD工作环境温度传给控制单元，控制单元通过调节高压板调节APD的电压，保持APD光电转换信号的倍乘因子不变，从而达到稳定接收的光电信号的目的；另一铂电阻测量参考光纤所处的环境温度，进行AD转换后进行算法处理后可以进行温度传感的光纤进行定标。

Description

一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统

技术领域

本发明涉及分布式光纤温度传感技术领域，具体的说是一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤测温传感系统的技术方案。

背景技术

分布式光纤温度传感器是利用光纤感温来确定连续空间温度场的分布情况，与传统的温度传感器相比，分布式光纤温度测量系统的传感元件采用光纤，具有电绝缘性、耐腐蚀性、信号传输带宽宽、信息长距离传输损耗低等固有特性和本质安全性，为强电磁场、高压大电流、易燃易爆、复杂几何空间等恶劣环境(如地下电缆、船舶等)的温度测试，提供了可行的新手段。光纤本身既是温度传感的功能元件，又是温度传感信息的传输通道，这是传统的传感器所无法比拟的。拉曼散射分布式光纤温度传感器则是利用一根纤细的光纤作为温度信息的传感和传输介质，敷设在温度场中，可以测量光纤沿线的温度分布情况，随着光纤的增长，测量点数的增加，单位信息的获取成本大大降低，这是拉曼散射分布式光纤温度传感器相对于其它光纤温度传感器的显著优点。由于拉曼散射分布式光纤温度传感器具有可靠和本质安全的特点，所以使传感器对温度场，特别是大型构件温度场的准确测量和实时控制变为可能，它的出现对以电信号为基础的温度传感器和点式光纤温度传感器无疑是一场革命，使其达到了一个新的水平。

当前分布式光纤温度传感系统已经从实验室的研究走向了实际的市场应用，综合分析国内外的应用方案，就系统中的激光发射器和雪崩二极管所处的工作环境而言，一般的分为恒温式的和非恒温式的。前者研发周期长，电路和结构的设计非常复杂，尤其是恒温的结构部分不易掌控；后者非恒温式的，采用软件补偿和修正由于温度的变化造成激光器和雪崩二极管的发射功率不恒定和倍乘系数减小，由此造成系统不稳定，结果非常不理想，基本上不能用于市场应用。

发明内容

本发明提供了一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统的解决方案，通过对系统内部结构进行了改进，改善了激光器、雪崩光电接收二极管管(APD)受温度影响的光强减弱、倍乘系数减小的问题，克服了现有光纤测温传感系统存在的缺点和不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其包括激光器，与激光器输出端连接的光分路器；分别与光分路器连接的参考光纤和APD接收控制模块；分别与APD接收控制模块、参考光纤、激光器以及计算机连接的模数转换模块，其特征在于：所述参考光纤和APD接收控制模块中分别设有铂电阻用于测量环境温度。

所述APD接收控制模块分别包括两个APD接收光电转换模块、信号放大模块、提供APD工作的偏置电压的高压输出模块，探测APD工作环境温度的铂电阻以及与铂电阻连接的闭环控制电路。

所述闭环控制电路是由电流变送器(XTR105)和相关元器件组成的闭环反馈控制电路。其中的一路铂电阻用于探测参考光纤所处的环境温度；另外一路铂电阻用于探测接收Stocks和Anti-Stocks的APD工作时的环境温度。

通过用精度等级为1/3B高精度的PT100铂电阻将参考光纤所处的环境温度探测出来后，经过模/数转换后送给计算机可以定出传感光纤探测到的温度数据所对应的值；将两个APD工作时的环境温度对应的电路电压值和与提供APD工作的偏置电压的高压控制模块组成一个闭环反馈控制电路，当APD的工作环境温度发生变化时，铂电阻的探测电路的电压值也相应发生变化，而与此电路相连接的高压控制模块调节APD的工作偏置电压输出，使得APD的提供一个稳定的电流输出，即有一个接近于恒定的倍乘系数值，如此可消除因为温度造成激光器输出功率不恒定、APD转换得到的电信号不恒定而受到影响，为整个分布式光纤温度传感系统的实现和稳定得到了一个前提保证。

发明公开了一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，与传统的光纤测温传感系统相比本发明有如下优点和积极效果：

1、本发明不需要增加一个恒温系统，结构和电路上比较简单，产品调试快速，容易实现；

2、本发明使得该套系统在室温下长期工作，运行稳定，获取的温度曲线可以获得非常满意的结果。

3、本发明使得成本降低，为系统进入实际应用提供了市场保证。

附图说明

图1为本发明分布式光纤温度传感系统示意图；

图2为本发明中APD接收控制模块示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明进一步进行描述。

一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其包括激光器1，与激光器1输出端连接的波分复用光分路器2；分别与波分复用光分路器2连接的参考光纤3和APD接收控制模块4；分别与APD接收控制模块4、参考光纤3、激光器2以及计算机6连接的模数转换模块5，所述参考光纤3和APD接收控制模块4中分别设有铂电阻31、42用于测量环境温度。

所述APD接收控制模块4包括APD组41、与APD组41连接的铂电阻42以及与铂电阻42连接的控制单元43。

所述控制单元43设有分别与铂电阻42和APD组41连接的高压板431用于调节APD的电压。高压板431、APD组41和铂电阻42形成一个闭环反馈回路。

所述APD组41包括两个APD。

具体的使用时，在非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统的激光器输出端连接波分复用光分路器；选波分复用光分路器输出的测量光纤起始部分一段作为参考光纤并用铂电阻测它所处环境的温度；光纤的后向散射光在光分路器中被分出2路，分别连接APD接受控制模块；再经过数字/模拟转换把监测信息传给计算机进行算法处理，最终生成分布的温度曲线。

高压板作用是依据铂电阻探测的APD工作环境温度调节APD两端电压，使APD把光信号转变成电信号的增益不变。

本发明非恒温下闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统不同之处在于，光分路器把后向散射光分出Stocks和Anti-Stocks两路光；传入APD接受控制模块中的由2个APD组成的APD组中；APD接受控制模块中也设置了一个铂电阻，它把影响APD光电转换信号的倍乘系数的参量：通过调节高压板调节APD的电压，保持APD光电转换信号的倍乘系数不变，从而达到稳定接收的光电信号的目的；另一铂电阻测量参考光纤所处的环境温度，进行AD转换后进行算法处理后可以进行温度传感的光纤进行定标。

上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (4)

1.一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其包括激光器，与激光器输出端连接的光分路器；分别与光分路器连接的参考光纤和APD接收控制模块；分别与APD接收控制模块、参考光纤、激光器以及计算机连接的模数转换模块，其特征在于：所述参考光纤和APD接收控制模块中分别设有铂电阻用于测量环境温度。

2.如权利要求1所述的一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其特征在于：所述APD接收控制模块包括APD组、与APD组连接的铂电阻以及与铂电阻连接的控制单元。

3.如权利要求2所述的一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其特征在于：所述控制单元设有分别与铂电阻和APD组连接的高压板用于调节APD的电压。

4.如权利要求3所述的一种非恒温下的闭环反馈控制分布式光纤温度传感系统，其特征在于：所述APD组包括两个APD。

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