CN104361707A - 光纤感温火灾探测器系统 - Google Patents

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Abstract

一种光纤感温火灾探测器系统，包括：脉冲光源、光纤波分复用单元、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元、信号处理单元、报警单元；所述光纤波分复用单元与脉冲光源、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元相连接，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的另一端与信号处理单元相连接。将Anti_Stoks光光电接收放大单元作为信号通道，Stoks光光电接收放大单元作为参考通道，对二者分别进行采集并检测二者的比值，得到测量点的温度，可以避免光源不稳定或光纤弯曲接头损耗对散射强度的影响，测量精确性高。

Description

光纤感温火灾探测器系统
技术领域
本发明涉及光纤测温设备领域，尤其涉及一种光纤感温火灾探测器系统。 
背景技术
随着城市化建设的不断发展，电网建设中电缆和高压开关柜越来越多，发生故障的几率也越来越大。根据故障统计，发现电缆和开关故障率逐年有升高的趋势。而且，火灾事故大部分是由于温度过高引起的，因此，在火灾发生之前，及时、准确地监测电缆、开关柜的温度变化并发出报警，使用户有充分的时间采取相应的措施，这对避免事故发生或引起火灾尤为重要。但是目前主要运用的是传统测温系统，传感器分布的检测点间断，只有检测探头接触的点才能被检测，检测范围小，而且检测信号输出的是弱电信号，极易受到电磁干扰；将电路作为信号通道，对于高压设备的绝缘要求特别高，检修维护很难。不适合用于对温度系统进行全面检测的场合。 
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光纤感温火灾探测器系统，可以实现全面检测、实时监控、不怕干扰。 
为解决上述问题，本发明实施例提供一种光纤感温火灾探测器系统，包括：脉冲光源、光纤波分复用单元、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元、信号处理单元、报警单元；所述光纤波分复用单元与脉冲光源、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元相连接，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的另一端与信号处理单元相连接；所述脉冲光源向探测光纤发送激光脉冲，且光纤波分复用单元从探测光纤的背向散射光中提取Anti_Stoks光和 Stoks光，分别发送给Anti_Stoks光光电接收放大单元和Stoks光光电接收放大单元，所述信号处理单元根据提取的Anti_Stoks光和Stoks光进行比较和判断，获得是否探测光纤某个地方的温度是否不正常升高，当发现某个地方的温度不正常升高，报警单元发出警报。 
可选的，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元包括光电传感器、放大器和A/D转换器，所述光纤波分复用单元、光电传感器、放大器、A/D转换器、信号处理单元依次连接。 
可选的，所述放大单元为高增益、宽带、低噪声的放大器。 
可选的，所述光电传感器为带尾纤和前置放大器的光电雪崩二极管。 
可选的，所述所述探测光纤的数量为一条或多条，对应的Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的数量为一个或多个。 
可选的，还包括显示单元，用于进行探测温度的参数显示和曲线显示。 
可选的，所述探测光纤为62.5/125μm渐变折射率多模光纤。 
可选的，所述信号处理单元包括定温检测模块和升温检测模块，所述定温检测模块将检测温度与预设温度进行比较，当检测温度高于预设温度，发出警报，所述升温检测模块当检测到预设时间内升高的温度超过预设范围，发出警报。 
可选的，所述光纤波分复用单元为薄膜干涉滤波片式光纤波分复用单元、布拉格光栅光纤波分复用单元或光栅耦合器光纤波分复用单元。 
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点： 
本发明通过光纤波分复用单元将背向散射光分波，分别提取成Anti_Stoks光、Stoks光，并将Anti_Stoks光光电接收放大单元作为信号通道，Stoks光光电接收放大单元作为参考通道，对二者分别进行采集并检测二者的 比值，得到测量点的温度，可以避免光源不稳定或光纤弯曲接头损耗对散射强度的影响，测量精确性高。 
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。 
本发明实施例的光纤感温火灾探测器系统的结构包括：脉冲光源、光纤波分复用(WDM)单元、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元、信号处理单元、报警单元；所述光纤波分复用单元与脉冲光源、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元相连接，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的另一端与信号处理单元相连接。 
光纤传感技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的。在光通信系统中，光纤被用作远距离传输光波信号的媒质。这时，要求光纤传输的光信号受外界干扰越小越好。但在实际的光传输过程中，光纤受外界环境因素如温度、压力、电磁场等的影响会引起光纤光波参数如光强、相位、频率、偏振、波长等的变化。如果测量出这些光波参数的变化，就可以获得导致这些光波参数变化的外界影响因素的物理量的大小，实现光纤传感测量。 
在本实施例中，光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射(OTDR)原理以及光纤的背向Raman散射温度效应， 
当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播，在传播中的每一点都会产生Raman散射，Raman散射之中有一小部分散射光的方向正好与入射光的方向相反(亦可称为“背向”)。这种背向散射光的强度与光纤中散射点的温度有一定的相关关系。散射点的温度(该点光纤的环境温度)越高，散射光的强度也越大。也就是说，背向散射光的强度可 以反映出散射点的温度。 
同时激光脉冲在光纤中传播时Raman散射会产生反斯托克斯信号(Anti-Stokes光)和斯托克斯散射光信号(Stokes光)，Anti-Stokes散射对温度特别敏感，而Stokes散射与温度无关。同时由于光源有时会不稳定，且现有的光纤的长度有限，当需要检测几公里或几十公里长的范围，不同光纤之间需要接头连接，所述接头会损耗部分光强，为了避免光源不稳定或光纤弯曲接头损耗对散射强度的影响，提高测温准确度，在本实施例中采用双通道双波长比较的方法，即利用Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元分别接收对应的背向散射光，将Anti_Stoks光光电接收放大单元作为信号通道，Stoks光光电接收放大单元作为参考通道，对二者分别进行采集并检测二者的比值，得到测量点的温度。 
在本实施例中，所述脉冲光源包括LD驱动器和激光二极管，利用所述激光二极管产生激光脉冲。由于光源输出的功率幅值越大，温度传感器的温度分辨率越高，光脉冲在测量用传感光纤中的传播距离越长，说明测量的空间范围越大。本实施例中，在提高光功率时保证在光纤的非线性阈值以下，光源的重复频率越高，在对微弱的Anti-Stokes散射和Stokes散射信号检测时，单位时间内累积的次数就越多，信噪比改善就越高，用的时间则越少，实时性愈强。 
所述激光脉冲发射到探测光纤中，由于光纤的光时域反射(OTDR)原理以及光纤的背向Raman散射温度效应，Raman散射会产生背向的Anti-Stokes光和Stokes光，所述散射Anti_Stoks光和Stokes光传播回光纤波分复用单元后通过回光纤波分复用单元进行分波提取，提取的Anti_Stoks光进入Anti_Stoks光光电接收放大单元、提取的Stoks光进入Stoks光光电接收放大单元。在本实施例中，所述探测光纤为62.5/125μm渐变折射率多模光纤。 
在本实施例中，所述光纤波分复用单元为薄膜干涉滤波片式光纤波分复用单元，在其他实施例中，所述光纤波分复用单元为布拉格Bragg光栅光纤波分复用单元、光栅耦合器光纤波分复用单元等。其中所述光栅耦合器可以为基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤光栅耦合器。 
在本实施例中，所述Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的结构相同，都包括光电传感器、放大器和A/D转换器，所述光纤波分复用单元、光电传感器、放大器、A/D转换器、信号处理单元依次连接。 
所述光电传感器为带尾纤和前置放大器的光电雪崩二极管。所述放大单元为高增益、宽带、低噪声的放大器。 
所述探测光纤的数量为一条或多条，对应的Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的数量为一个或多个。 
在其中一个实施例中，所述探测光纤的数量为4条，对应的Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的数量为4个，4条探测光纤可以分别进行检测或同时进行检测。 
由于两个Anti-Stokes散射对温度特别敏感，而Stokes散射与温度无关。利用Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元分别接收对应的背向散射光，将Anti_Stoks光光电接收放大单元作为信号通道，Stoks光光电接收放大单元作为参考通道，对二者分别进行采集并检测二者的比值，得到测量点的温度。 
由于激光功率沿探测光纤的损耗较小，所以测量距离较长，一般可达数公里，最长可以达到数十公里以上。同时，根据接收的光功率可以确定当前测量温度值的位置，而此时的测量距离是时间的函数，则接收的光功率也表示为时间的函数。若以激光脉冲注入光纤的瞬间为计时开始，即z＝0处t＝0，则在t时刻系统测量终端接收到的反斯托克斯和斯托克斯信号在光纤上所处 的空间位置为测量时刻不同，测量终端接收的光功率也对应着传感光纤的不同空间位置；传感光纤的空间位置从z＝0增加至z＝L(L为传感光纤长度)，对应的测量时刻从t＝0到在系统测量终端实现了传感光纤所处环境温度的分布式测量，从而可以确定整个温度场的分布。 
在本发明实施例中，所述信号处理单元包括定温检测模块和升温检测模块，所述定温检测模块将检测温度与预设温度进行比较，当检测温度高于预设温度，利用报警单元发出警报，所述升温检测模块当检测到预设时间内升高的温度超过预设范围，利用报警单元发出警报。 
本发明实施例中，所述光纤感温火灾探测器系统还可以包括显示单元，用于进行探测温度的参数显示和曲线显示，当进行曲线显示时，所述曲线显示包括同一地点不同时间的温度显示和同一时间不同地点的温度显示，且所有地方的温度可以通过缩放或左右移动的方式进行直观获得。 
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。 

Claims (9)

1.一种光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，包括：脉冲光源、光纤波分复用单元、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元、信号处理单元、报警单元；
所述光纤波分复用单元与脉冲光源、探测光纤、Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元相连接，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的另一端与信号处理单元相连接；
所述脉冲光源向探测光纤发送激光脉冲，且光纤波分复用单元从探测光纤的背向散射光中提取Anti_Stoks光和Stoks光，分别发送给Anti_Stoks光光电接收放大单元和Stoks光光电接收放大单元，所述信号处理单元根据提取的Anti_Stoks光和Stoks光进行比较和判断，获得是否探测光纤某个地方的温度是否不正常升高，当发现某个地方的温度不正常升高，报警单元发出警报。
2.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元包括光电传感器、放大器和A/D转换器，所述光纤波分复用单元、光电传感器、放大器、A/D转换器、信号处理单元依次连接。
3.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述放大单元为高增益、宽带、低噪声的放大器。
4.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述光电传感器为带尾纤和前置放大器的光电雪崩二极管。
5.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述所述探测光纤的数量为一条或多条，对应的Anti_Stoks光光电接收放大单元、Stoks光光电接收放大单元的数量为一个或多个。
6.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，还包括显示单元，用于进行探测温度的参数显示和曲线显示。
7.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述探测光纤为62.5/125μm渐变折射率多模光纤。
8.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述信号处理单元包括定温检测模块和升温检测模块，所述定温检测模块将检测温度与预设温度进行比较，当检测温度高于预设温度，发出警报，所述升温检测模块当检测到预设时间内升高的温度超过预设范围，发出警报。
9.如权利要求1所述的光纤感温火灾探测器系统，其特征在于，所述光纤波分复用单元为薄膜干涉滤波片式光纤波分复用单元、布拉格光栅光纤波分复用单元或光栅耦合器光纤波分复用单元。
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