CN103644981A - 分布式光纤测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式光纤测温系统，包括WDM光器件和APD多级放大模块，被测光缆连接于该WDM光器件，脉冲光源的输出端与WDM光器件连接，APD多级放大模块用于接收WDM光器件发送的光信号，并将模拟信号分段输出至多通道采集板卡，该多通道采集板卡与软件平台相连接，软件平台用于接收多通道采集板卡发送的模拟信号，进行分段处理后合成一路信号。采用了该结构的分布式光纤测温系统，有效延长单通道的光纤探测距离，减少设备数量；降低长距离传输测量所需要的设备级联所引入的信号传输、设备供电、设备维护等问题；提高产品的测量距离，降低测温成本；提高测温精度；每段测量信号的信噪比都处于较高的水平，提高了测温精度。

Description

分布式光纤测温系统

技术领域

本发明涉及光纤测温装置，具体是指一种包含多级放大探测电路的长距离高精度的分布式光纤测温系统。

背景技术

基于拉曼散射或者布里渊散射的分布式光纤测温系统是根据光纤的光时域反射和光纤的自发散射的温度效应来设计的系统，主要用来实时检测光纤沿线不同位置的温度，实现整个温度场的连续温度测量。分布式光纤测温系统中光纤既是传输介质又是传感介质，它还具有抗电磁干扰、防燃、尺寸小、对被测温度场的影响小等其它传感器无法比拟的优点。但同时由于分布式光纤测温系统所探测到的含有温度信息的后向散射光十分微弱，甚至完全淹没在噪声中，并且随着探测距离的增加，其有效信号急剧衰减，导致相应的信噪比急剧恶化。从而导致探测距离越远，解调出来的温度精度越差。当解调温度的精度低到一定程度之后，此时的温度探测就失去了原有的意义。

传统的分布式光纤测温系统中，由于包含温度信息的后向拉曼散射光的系统光功率较低，为了能够准确的解调出包含在散射光中的温度信息，一般可以通过三种方式来完成，第一种方法是通过提高脉冲光源的脉冲光功率，从而得到相对较高的散射光；二是通过采用雪崩二极管，来提高后向散射光的接收灵敏度；三是通过提高软件累加平均的方式，将散射回来的后向光中包含的白噪声尽可能的通过平均的方式消除，从而提高了接收信号的信噪比。通过上述三个手段，一般可以在探测光缆的长度达到4～6公里时，温度的精度可以达到正负1度，当探测光缆继续加长时，由于有效的光信号强度继续衰减，导致其信噪比继续恶化，其解调的温度精度也就随着探测距离的增加而逐渐递减。

此时，如果继续提高脉冲光源的入射光功率，由于物理特性的限制，将会导致光在光纤中产生受激散射，从而导致非线性效应的产生，此时的反射光已不能正确反映其温度场的信息。软件平均越多，其所需要的时间越长，理论计算表明，在一定信噪比的前提下，软件平均并不能够无限制的提高其温度解调精度，反而还需要增加大量的测量时间。而雪崩二极管由于受到材料所限，其探测灵敏度无法无限制的提高。因此当长距离的探测需求出现时，传统产品对此却无能为力。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种测温精度高、远端也可保持良好信噪比、可实现长距离测温的分布式光纤测温系统。

为实现上述的目的，本发明的分布式光纤测温系统采用以下技术方案：

该分布式光纤测温系统，其主要特点是，包括WDM光器件和APD多级放大模块，被测光缆连接于该WDM光器件，脉冲光源的输出端与所述的WDM光器件连接，所述的APD多级放大模块用于接收所述的WDM光器件发送的光信号，并将模拟信号分段输出至多通道采集板卡，该多通道采集板卡与软件平台相连接，所述的软件平台用于接收所述的多通道采集板卡发送的模拟信号，进行分段处理后合成一路信号。

该分布式光纤测温系统中的APD多级放大模块包括相连接的光电转换电路和跨阻放大电路，该光电转换电路接收所述的WDM光器件发送的光信号，所述的跨阻放大电路与线性放大电路相连接，所述的线性放大电路的输出端与所述的多通道采集板卡连接。

该分布式光纤测温系统中的线性放大电路包括放大级别各不相同的至少两级线性放大电路，每一级所述的线性放大电路均将一路模拟信号输出至所述的多通道采集板卡。

该分布式光纤测温系统中的每一级线性放大电路均具有电子开关，所述的各级APD多级放大模块通过所述的电子开关进行所述的线性放大电路之间的切换。

该分布式光纤测温系统中的软件平台包括：

软件标定模块，其用于对每段模拟信号进行分段标定；

软件校准模块，其用于对每段模拟信号进行分段补偿，并在分段的临界点左右两侧的区段进行保护；以及

软件采集通信模块，其用于将分段模拟信号合成一路电路；

所述的软件采集通信模块与所述的多通道采集板卡相连接，该软件采集通信模块与所述的软件标定模块和所述的软件校准模块连接。

该分布式光纤测温系统中的软件采集通信模块将控制信号发送至所述的APD多级放大模块，所述的APD多级放大模块根据所述的控制信号控制所述的线性放大电路进行放大和切换。

该分布式光纤测温系统中的被测光缆通过光开关切换系统与所述的WDM光器件连接，所述的被测光缆为复数根。

采用了该结构的分布式光纤测温装置，具有以下有益效果：

1、有效延长单通道的光纤探测距离至20KM甚至更长，可以极大的降低单体应用场合下设备的数量，并减少设备数量；

2、降低长距离传输测量所需要的设备级联所引入的信号传输、设备供电、设备维护等问题，导致设备供电、设备的运行维护比较容易；

3、极大的提高产品的测量距离，降低整个系统的测温成本；

4、有效提高测温的精度；每段的测量信号的信噪比都处于较高的水平，从而进一步可以提高设备的测温精度。

附图说明

图1为本发明的测温系统的一种实施例的示意框图。

图2为本发明的测温系统的另一种实施例的示意框图。

具体实施方式

为了能更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1，该分布式光纤测温系统，包括WDM光器件（WDM是Wavelength DivisionMultiplexing的简写，译为波分复用）和APD多级放大模块（Avalanche Photo Diode，即雪崩光电二极管），被测光缆连接于该WDM光器件，脉冲光源的输出端与WDM光器件连接，APD多级放大模块用于接收WDM光器件发送的光信号，并将模拟信号分段输出至多通道采集板卡，该多通道采集板卡与软件平台相连接，软件平台用于接收多通道采集板卡发送的模拟信号，进行分段处理后合成一路信号。

APD多级放大模块包括相连接的光电转换电路和跨阻放大电路，该光电转换电路接收WDM光器件发送的光信号，跨阻放大电路与线性放大电路相连接，线性放大电路的输出端与多通道采集板卡连接。

线性放大电路包括放大级别各不相同的至少两级线性放大电路，每一级线性放大电路均将一路模拟信号输出至多通道采集板卡，APD多级放大模块根据放大信号的强度分别从不同的放大级将模拟信号输出，每一级输出的信号保证在该距离内，信号既不饱和，也能保证足够的信噪比。每一级线性放大电路均具有电子开关，APD多级放大模块通过电子开关进行线性放大电路之间的切换。

软件平台包括：

软件标定模块，其用于对每段模拟信号进行分段标定；由于多段信号不在同一个放大信号上进行，导致需要分段对每段信号分别进行标定。

软件校准模块，其用于对每段模拟信号进行分段补偿，并在分段的临界点左右两侧的区段进行保护；以及

软件采集通信模块，其用于将分段模拟信号合成一路电路；

软件采集通信模块与多通道采集板卡相连接，该软件采集通信模块与软件标定模块和软件校准模块连接。

软件采集通信模块将控制信号发送至APD多级放大模块，APD多级放大模块根据控制信号进行线性放大电路之间的切换，并至少支持2路以上的切换能力，每一路的放大倍数均不一样，但输出可以为一路（一路即为一个斯托克斯信号以及反斯托克斯信号）模拟信号，每路输出的模拟信号在距离范围内，信号既不饱和，也能保证足够的信噪比。

较佳地，被测光缆通过光开关切换系统与所述的WDM光器件连接，被测光缆为复数根，具体请参阅图2，当用于多通道设备时，WDM光器件前端的光开关切换系统，可以同时保证多路信号的同时采集与测量。

采用了该结构的分布式光纤测温系统，具有以下有益效果：

1、使用该技术可以有效延长单通道的光纤探测距离至20KM甚至更长，可以极大的降低单体应用场合下设备的数量。如果常规设备只能探测5KM，则一台使用该技术的长距离设备，可以将原有4台设备降低到1台；

2、使用该技术，可以降低长距离传输测量所需要的设备级联所引入的信号传输、设备供电、设备维护等问题，传统的分布式测温系统为了长距离传输，需每5KM设置一台设备进行测量，测量设备由于在室外或者探测中间地带，导致设备供电、设备的运行维护比较困难；

3、由于随着测温距离越远，拉曼散射的斯托克斯光与反斯托克斯光的信号衰减也就越大，其信噪比越来越差，由此测温的精度也越来越差，当距离超过一定值比如10KM之后，其信噪比导致测温精度误差将达到正负10度甚至更高，无法满足测量的需要。采用本技术之后，可以极大的提高产品的测量距离，降低整个系统的测温成本；

4、即便在短距离的传输中，使用该技术，可以有效提高测温的精度；由于随着测温距离越远，拉曼散射的斯托克斯光与反斯托克斯光的信号衰减也就越大，其信噪比越来越差，由此测温的精度也越来越差，对于测温精度要求较高的场合，传统设备就无法满足测量的需要，而由于采用了分段测量技术，使得每段的测量信号的信噪比都处于较高的水平，从而进一步可以提高设备的测温精度。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种分布式光纤测温系统，其特征在于，包括WDM光器件和APD多级放大模块，被测光缆连接于该WDM光器件，脉冲光源的输出端与所述的WDM光器件连接，所述的APD多级放大模块用于接收所述的WDM光器件发送的光信号，并将模拟信号分段输出至多通道采集板卡，该多通道采集板卡与软件平台相连接，所述的软件平台用于接收所述的多通道采集板卡发送的模拟信号，进行分段处理后合成一路信号。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的APD多级放大模块包括相连接的光电转换电路和跨阻放大电路，该光电转换电路接收所述的WDM光器件发送的光信号，所述的跨阻放大电路与线性放大电路相连接，所述的线性放大电路的输出端与所述的多通道采集板卡连接。

3.根据权利要求2所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的线性放大电路包括放大级别各不相同的至少两级线性放大电路，每一级所述的线性放大电路均将一路模拟信号输出至所述的多通道采集板卡。

4.根据权利要求3所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的每一级线性放大电路均具有电子开关，所述的APD多级放大模块通过所述的电子开关进行所述的各级线性放大电路之间的切换。

5.根据权利要求4所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的软件平台包括：

软件标定模块，其用于对每段模拟信号进行分段标定；

软件校准模块，其用于对每段模拟信号进行分段补偿，并在分段的临界点左右两侧的区段进行保护；以及

软件采集通信模块，其用于将分段模拟信号合成一路电路；

所述的软件采集通信模块与所述的多通道采集板卡相连接，该软件采集通信模块与所述的软件标定模块和所述的软件校准模块连接。

6.根据权利要求5所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的软件采集通信模块将控制信号发送至所述的APD多级放大模块，所述的APD多级放大模块根据所述的控制信号控制所述的线性放大电路进行放大和切换。

7.根据权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，所述的被测光缆通过光开关切换系统与所述的WDM光器件连接，所述的被测光缆为复数根。

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