CN106441627A - 一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统 - Google Patents

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闵向阳
许鹤
李静
陈文震
王祥祥
仲崇磊
孙向前
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Abstract

本发明提供了一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统。所述基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统利用隧道光纤作为温度传感器，并包括：沿激光传播方向依次设置的激光源、耦合器和测温光纤，以及用于对所述激光源发出的调制激光进行放大处理的第一光电通道、用于对所述耦合器反馈的散射回波进行分离放大的第二光电通道和用于进行光电信号采集和处理的信号采集处理单元；所述第一光电通道与所述激光源相连接，所述第二光电通道与所述耦合器相连接，所述信号采集处理单元分别与所述第一光电通道和所述第二光电通道相连接。

Description

一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统
技术领域
本发明涉及一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统。
背景技术
为了保证列车在隧道的行车安全，需要对隧道的各项技术指标进行监测，例如温度监测、火灾监测等。但是，以温度检测为例，对隧道温度指标的监测主要仍靠人工去测量，例如定期派人到现场用红外线或激光测温仪进行远距离测量，这种人工测量的方法主要存在以下问题：
一、监测周期长，许多地方发热现象得不到及时发现和处理；
二、检测和分析判断由人工进行，因此检测和分析结果受人为因素影响较大；
三、红外线或激光测温仪价格往往比较昂贵，受资金影响，其普及和推广难度较大。
因此，有必要提出一种利用隧道光纤作为温度传感器的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用隧道光纤作为温度传感器的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统。
本发明的技术方案如下：一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统利用隧道光纤作为温度传感器，并包括：沿激光传播方向依次设置的激光源、耦合器和测温光纤，以及用于对所述激光源发出的调制激光进行放大处理的第一光电通道、用于对所述耦合器反馈的散射回波进行分离放大的第二光电通道和用于进行光电信号采集和处理的信号采集处理单元；所述第一光电通道与所述激光源相连接，所述第二光电通道与所述耦合器相连接，所述信号采集处理单元分别与所述第一光电通道和所述第二光电通道相连接。
优选地，所述激光源包括相互连接的信号发生器和激光器，所述激光器分别与所述耦合器和所述第一光电通道连接。
优选地，所述激光器是大功率脉冲半导体激光器。
优选地，所述第一光电通道包括相互电连接的第一光电二极管和第一放大器，所述第一光电二极管与所述激光源连接，并接收所述激光源发出的调制激光；所述第一放大器与所述信号采集处理单元电连接，并向所述信号采集处理单元发送第一光电信号。
优选地，所述第二光电通道包括依次连接设置的滤波器、第二光电二极管和第二放大器，所述滤波器与所述耦合器相连接，并接收所述耦合器反馈的散射回波，所述第二放大器与所述信号采集处理单元电连接，并向所述信号采集处理单元发送第二光电信号。
优选地，所述信号采集单元包括相互电连接的数据采集模块和计算机，所述数据采集模块分别与所述第一光电通道和所述第二光电通道电连接。
优选地，还包括用于确认需要输出载波信号频率的单片机，所述单片机分别与所述信号采集处理单元和所述激光源电连接，并根据所述信号采集处理单元提供的电信号确认所述激光源发出的调制激光所需的载波信号频率。
优选地，所述耦合器是Y型定向耦合器。
本发明的有益效果在于：所述基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统通过采用大小等于频率采样间隔一半的起始调制频率，以有限大小的频率采样间隔准确还原实际的反斯托克斯喇曼反射空间分布，从而实现高空间分辨率、长距离的功率调制型光频域喇曼反射光纤温度传感器。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统的结构框图；
图2是图1所示中基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统的耦合器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
请参阅图1，是本发明实施例提供的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统的结构框图。所述基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统100利用隧道光纤作为温度传感器，并包括沿激光传播方向依次设置的激光源10、耦合器20和测温光纤30，以及用于对所述激光源10发出的调制激光进行放大处理的第一光电通道40、用于对所述耦合器20反馈的散射回波进行分离放大的第二光电通道50、用于进行光电信号采集和处理的信号采集处理单元60和用于确认需要输出载波信号频率的单片机70。在本实施例中，所述测温光纤30是隧道内通信光缆中没有使用的光纤。
其中，所述第一光电通道40与所述激光源10相连接，所述第二光电通道50与所述耦合器20相连接，所述信号采集处理单元60分别与所述第一光电通道40和所述第二光电通道50相连接，所述单片机70分别与所述信号采集处理单元60和所述激光源10电连接。
所述激光源10包括相互连接的信号发生器11和激光器12，所述激光器12分别与所述耦合器20和所述第一光电通道40连接。具体地，所述信号发生器11是最高输出频率可达200MHz的AD9859信号发生器，所述激光器12是大功率脉冲半导体激光器，其主要参数为：中心波长：905nm；重复频率(Prf)：5kHz；峰值电流(Ip)：4A；峰值功率(Po)：10W；激光器和光纤的耦合效率：65％。
在本实施例中，所述信号发生器11与所述单片机70电连接，并根据所述单片机70的指令输出对应频率的周期信号，例如正弦波信号、方形波信号、三角形波信号等；所述周期信号经过所述激光器12后得到携带有所述周期信号的调制激光。而且，所述激光器12产生两路所述调制激光，一路所述调制激光进入所述第一光电通道40，另一路所述调制激光进入通过所述耦合器20进入所述测温光纤30。
在本实施例中，所述耦合器20是Y型定向耦合器。具体地，请参阅图2，所述耦合器20的选用原则如下：所述耦合器20的1-2端与2-3端的损耗越小越好，1-3端与2-1端的隔离度越大越好。而且，进入光纤的是脉冲光，而散射回来的是准连续光，所以所述2-1端的隔离度需要做得大一些，从而可以提高信号强度。
具体地，所述耦合器20接收所述测温光纤30反馈的散射回波，例如所述测温光纤30产生的反斯托克斯喇曼背向散射光回波，而且，所述耦合器20还将所述散射回波发送值所述第二光电通道50，通过所述第二光电通道50对所述散射回波进行信号分离和放大处理。
所述第一光电通道40包括相互电连接的第一光电二极管41和第一放大器42，所述第一光电二极管41与所述激光源10连接，并接收所述激光源10发出的调制激光；所述第一放大器42与所述信号采集处理单元60电连接，并向所述信号采集处理单元60发送第一光电信号。优选地，所述第一光电二极管41是雪崩光电二极管。
具体地，所述第一光电二极管41与所述激光源10激光器12连接，接收所述激光器12发射的所述调制激光，并对所述调制激光进行放大处理。
所述第二光电通道50包括依次连接设置的滤波器51、第二光电二极管52和第二放大器53，所述滤波器51与所述耦合器20相连接，并接收所述耦合器20反馈的散射回波，所述第二放大器53与所述信号采集处理单元60电连接，并向所述信号采集处理单元60发送第二光电信号。优选地，所述第二光电二极管52是雪崩光电二极管。
具体地，所述第二光电通道50的滤波器51接收所述耦合器20提供的散射回波，并分离出所述散射回波中带有温度信息的反斯托克斯喇曼背向散射光信号，并将分离得到的所述反斯托克斯喇曼背向散射光信号发送至所述第二光电二极管52的拉曼通道，最后经所述第二放大器53进行放大处理。
所述信号采集单元60包括相互电连接的数据采集模块61和计算机62，所述数据采集模块61分别与所述第一光电通道40和所述第二光电通道50电连接。在本实施例中，所述数据采集模块61是CS系列数据采集卡。
具体地，所述数据采集模块61接收所述第一光电通道40和所述第二光电通道50分别发送的所述第一光电信号和所述第二光电信号，并且从测量到的激光功率波形和反斯托克斯喇曼反射信号波形分别计算其振幅和相位，并构造相应于反斯托克斯喇曼反射信号的频域响应函数，进行相应计算，然后生成两路信号，一路送给所述单片机70，确定下一次应该传送的信号频率；另一路送到所述计算机62，所述计算机62对采集到的数据进行处理，最后得到温度的空间分布并以图形或表格形式显示出来。
所述单片机70接收所述数据采集模块61发送的信号，从而确认需要输出的载波信号频率，然后向所述激光源10的信号发生器11发送指令，所述信号发生器11接收该指令后,输出对应频率的周期信号。
相较于现有技术，本发明提供的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统通过采用大小等于频率采样间隔一半的起始调制频率，以有限大小的频率采样间隔准确还原实际的反斯托克斯喇曼反射空间分布，从而实现高空间分辨率、长距离的功率调制型光频域喇曼反射光纤温度传感器。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，利用隧道光纤作为温度传感器，并包括：沿激光传播方向依次设置的激光源、耦合器和测温光纤，以及用于对所述激光源发出的调制激光进行放大处理的第一光电通道、用于对所述耦合器反馈的散射回波进行分离放大的第二光电通道和用于进行光电信号采集和处理的信号采集处理单元；
所述第一光电通道与所述激光源相连接，所述第二光电通道与所述耦合器相连接，所述信号采集处理单元分别与所述第一光电通道和所述第二光电通道相连接。
2.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述激光源包括相互连接的信号发生器和激光器，所述激光器分别与所述耦合器和所述第一光电通道连接。
3.根据权利要求2所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述激光器是大功率脉冲半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述第一光电通道包括相互电连接的第一光电二极管和第一放大器，所述第一光电二极管与所述激光源连接，并接收所述激光源发出的调制激光；所述第一放大器与所述信号采集处理单元电连接，并向所述信号采集处理单元发送第一光电信号。
5.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述第二光电通道包括依次连接设置的滤波器、第二光电二极管和第二放大器，所述滤波器与所述耦合器相连接，并接收所述耦合器反馈的散射回波，所述第二放大器与所述信号采集处理单元电连接，并向所述信号采集处理单元发送第二光电信号。
6.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括相互电连接的数据采集模块和计算机，所述数据采集模块分别与所述第一光电通道和所述第二光电通道电连接。
7.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，还包括用于确认需要输出载波信号频率的单片机，所述单片机分别与所述信号采集处理单元和所述激光源电连接，并根据所述信号采集处理单元提供的电信号确认所述激光源发出的调制激光所需的载波信号频率。
8.根据权利要求1所述的基于铁路隧道通信光缆的温度监测系统，其特征在于，所述耦合器是Y型定向耦合器。
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