CN109443591A - 分布式光纤测温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式光纤测温系统，包括高速响应激光器、波分复用器、数字信号发生器、控制器、数据采集卡、第一光检测器、第二光检测器、第一高速光开关、第二高速光开关、传感光纤；所述控制器连接数字信号发生器，数字信号发生器的一个输出通道Ch1连接高速响应激光器，高速响应激光器的输出连接波分复用器的第一端口；波分复用器的第二端口连接传感光纤；波分复用器的第三端口连接第一高速光开关一端，第一高速光开关的另一端通过第一光检测器连接数据采集卡的一个输入端；波分复用器的第四端口连接第二高速光开关的一端，第二高速光开关的另一端通过第二光检测器连接数据采集卡的另一个输入端；本发明定位精度高成本低。

Description

分布式光纤测温系统
技术领域
本发明属于分布式光纤温度传感领域，尤其是一种分布式光纤测温系统。
背景技术
基于拉曼的DTS(分布式光纤测温系统)，通过比较斯托克斯光和反斯托克斯光的强度，获得温度信息。普通拉曼DTS是基于光时域反射仪来定位的，定位精度只能达到米的量级，而进一步提高定位精度需要提高数据采集卡的采样速率，而高速、高垂直分辨率的数据采集卡非常昂贵，整个系统方案的成本会很高。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种分布式光纤测温系统，可以用低采样率的数据采集卡实现定位精度为0.1米的要求，有效降低系统成本。本发明采用的技术方案是：
一种分布式光纤测温系统，包括高速响应激光器、波分复用器、数字信号发生器、控制器、数据采集卡、第一光检测器、第二光检测器、第一高速光开关、第二高速光开关、传感光纤；所述波分复用器包括四个端口，第一端口用于连接高速响应激光器的输出，第二端口用于连接传感光纤，第三端口用于连接第一高速光开关、第四端口用于连接第二高速光开关；
所述控制器连接数字信号发生器，数字信号发生器的一个输出通道Ch1连接高速响应激光器，高速响应激光器的输出连接波分复用器的第一端口；波分复用器的第二端口连接传感光纤；
波分复用器的第三端口连接第一高速光开关一端，第一高速光开关的另一端通过第一光检测器连接数据采集卡的一个输入端；波分复用器的第四端口连接第二高速光开关的一端，第二高速光开关的另一端通过第二光检测器连接数据采集卡的另一个输入端；数据采集卡的输出端连接控制器；
数字信号发生器的另一个输出通道Ch2分别连接第一高速光开关、第二高速光开关的控制端。
进一步地，所述控制器用于控制数字信号发生器产生两个相同脉宽且具有时间延迟t的窄脉宽电脉冲；其中一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器的一个输出通道Ch1，输出至高速响应激光器，使得高速响应激光器产生与所述一个窄脉宽电脉冲相同脉宽且同步的窄脉宽光脉冲；
另一个窄脉宽电脉冲与所述一个窄脉宽电脉冲之间有时间延迟t，经过时间延迟t后，另一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器的另一个输出通道Ch2，输出至第一高速光开关、第二高速光开关，在另一个窄脉宽电脉冲的脉冲持续时间控制第一高速光开关、第二高速光开关导通。
进一步地，通过L＝c/2n×t计算出测温点在传感光纤上的位置；n是光纤折射率，c是光速，t是两个窄脉宽电脉冲的时间延迟，L是测温点在传感光纤上的距离。
进一步地，波分复用器的第三端口、第四端口输出光的波长不同。
进一步地，第一光检测器、第二光检测器均采用雪崩光电二极管APD。
进一步地，所述两个窄脉宽电脉冲，以及一个窄脉宽光脉冲的脉宽为ns级。
本发明的优点在于：
1)系统定位精度不再由数据采集卡的采样率来决定，是由Ch1和Ch2两个输出通道之间的时间延迟t的时间精度来决定，而信号发生器的延时精度可以达到纳秒级，满足系统定位精度为0.1米的要求，因此系统可以采用低采样率的数据采集卡实现高精度的定位要求，大大降低了成本。
2)同一系统在复杂场景使用时(不需要测试整段传感光纤上的温度，只关注传感光纤上某些点的温度参数)，系统可以在传感光纤不同的位置上灵活的调节空间分辨率来达到系统的最优化处理，满足客户的需求，节省用户成本。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明在传统DTS的基础上，对斯托克斯光通道和反斯托克斯光通道上分别加入一个高速光开关，控制器控制双通道的数字信号发生器的两个输出通道Ch1、Ch2之间具有可变的时间延迟t；以达到采用低采样率的数据采集卡实现高精度的定位要求的目的。
如图1所示，本发明提出的分布式光纤测温系统，包括高速响应激光器1、波分复用器2、数字信号发生器3、控制器4、数据采集卡5、第一光检测器61、第二光检测器62、第一高速光开关71、第二高速光开关72、传感光纤8；所述波分复用器2包括四个端口，第一端口用于连接高速响应激光器1的输出，第二端口用于连接传感光纤8，第三端口用于连接第一高速光开关71、第四端口用于连接第二高速光开关72；其中，第一光检测器61、第二光检测器62均采用雪崩光电二极管APD；
所述控制器4连接数字信号发生器3，数字信号发生器3的一个输出通道Ch1连接高速响应激光器1，高速响应激光器1的输出连接波分复用器2的第一端口；波分复用器2的第二端口连接传感光纤8；
波分复用器2的第三端口连接第一高速光开关71一端，第一高速光开关71的另一端通过第一光检测器61连接数据采集卡5的一个输入端；波分复用器2的第四端口连接第二高速光开关72的一端，第二高速光开关72的另一端通过第二光检测器62连接数据采集卡5的另一个输入端；数据采集卡5的输出端连接控制器4；波分复用器2的第三端口、第四端口输出光的波长不同；
数字信号发生器3的另一个输出通道Ch2分别连接第一高速光开关71、第二高速光开关72的控制端。
第一高速光开关71、第一光检测器61形成一个光通道，第二高速光开关72、第二光检测器62形成另一光通道，这两个光通道作为斯托克斯光通道和反斯托克斯光通道，可互换；
所述控制器4可采用计算机或DSP，控制器4连接数字信号发生器3，用于控制数字信号发生器3产生两个相同脉宽且具有时间延迟t的窄脉宽电脉冲；其中一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器3的一个输出通道Ch1，输出至高速响应激光器1，使得高速响应激光器1产生与所述一个窄脉宽电脉冲相同脉宽且同步的窄脉宽光脉冲，窄脉宽光脉冲的持续时间(也就是窄脉宽电脉冲、窄脉宽光脉冲的脉宽时间)可以为1ns，实现0.1米的空间分辨率；
另一个窄脉宽电脉冲与所述一个窄脉宽电脉冲之间有时间延迟t，经过时间延迟t后，另一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器3的另一个输出通道Ch2，输出至第一高速光开关71、第二高速光开关72，在另一个窄脉宽电脉冲的脉冲持续时间控制第一高速光开关71、第二高速光开关72导通；因此斯托克斯光和反斯托克斯光可以分别通过第一高速光开关71、第二高速光开关72，并分别被第一光检测器61、第二光检测器62接收到，数据采集卡5将第一光检测器61、第二光检测器62接收到模拟信号转为数字信号，经解调得到温度信息；该温度信息是传感光纤上一个测温点的温度信息，本发明重点在于传感光纤上某个测温点的位置定位，如何解调得到温度信息不是本发明的重点，不再赘述；
可通过L＝c/2n×t计算出测温点在传感光纤上的位置；n是光纤折射率，c是光速，t是两个窄脉宽电脉冲的时间延迟，L是测温点在传感光纤上的距离；
系统定位精度不再由数据采集卡的采样率来决定，是由Ch1和Ch2两个输出通道之间的时间延迟t的时间精度来决定，而信号发生器的延时精度可以达到纳秒级，满足系统定位精度为0.1米的要求，因此系统可以采用低采样率的数据采集卡实现高精度的定位要求，而传统的DTS达到同样的定位精度要求就要使用采样速率为1G的数据采集卡才能够获得。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种分布式光纤测温系统，其特征在于，包括高速响应激光器(1)、波分复用器(2)、数字信号发生器(3)、控制器(4)、数据采集卡(5)、第一光检测器(61)、第二光检测器(62)、第一高速光开关(71)、第二高速光开关(72)、传感光纤(8)；所述波分复用器(2)包括四个端口，第一端口用于连接高速响应激光器(1)的输出，第二端口用于连接传感光纤(8)，第三端口用于连接第一高速光开关(71)、第四端口用于连接第二高速光开关(72)；
所述控制器(4)连接数字信号发生器(3)，数字信号发生器(3)的一个输出通道Ch1连接高速响应激光器(1)，高速响应激光器(1)的输出连接波分复用器(2)的第一端口；波分复用器(2)的第二端口连接传感光纤(8)；
波分复用器(2)的第三端口连接第一高速光开关(71)一端，第一高速光开关(71)的另一端通过第一光检测器(61)连接数据采集卡(5)的一个输入端；波分复用器(2)的第四端口连接第二高速光开关(72)的一端，第二高速光开关(72)的另一端通过第二光检测器(62)连接数据采集卡(5)的另一个输入端；数据采集卡(5)的输出端连接控制器(4)；
数字信号发生器(3)的另一个输出通道Ch2分别连接第一高速光开关(71)、第二高速光开关(72)的控制端。
2.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
所述控制器(4)用于控制数字信号发生器(3)产生两个相同脉宽且具有时间延迟t的窄脉宽电脉冲；其中一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器(3)的一个输出通道Ch1，输出至高速响应激光器(1)，使得高速响应激光器(1)产生与所述一个窄脉宽电脉冲相同脉宽且同步的窄脉宽光脉冲；
另一个窄脉宽电脉冲与所述一个窄脉宽电脉冲之间有时间延迟t，经过时间延迟t后，另一个窄脉宽电脉冲通过数字信号发生器(3)的另一个输出通道Ch2，输出至第一高速光开关(71)、第二高速光开关(72)，在另一个窄脉宽电脉冲的脉冲持续时间控制第一高速光开关(71)、第二高速光开关(72)导通。
3.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
通过L＝c/2n×t计算出测温点在传感光纤上的位置；n是光纤折射率，c是光速，t是两个窄脉宽电脉冲的时间延迟，L是测温点在传感光纤上的距离。
4.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
波分复用器(2)的第三端口、第四端口输出光的波长不同。
5.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
第一光检测器(61)、第二光检测器(62)均采用雪崩光电二极管APD。
6.如权利要求2所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
所述两个窄脉宽电脉冲，以及一个窄脉宽光脉冲的脉宽为ns级。
7.如权利要求6所述的分布式光纤测温系统，其特征在于，
所述两个窄脉宽电脉冲，以及一个窄脉宽光脉冲的脉宽为1ns。
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