CN111157143A - 一种分布式光纤测温降噪的装置及其降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光纤测温降噪的装置及其降噪方法，包括窄脉冲激光器、波分复用器、单模传感光纤、光电转换器、小信号放大模块、数据采集模块和工控主机，所述波分复用器的串行端口与单模传感光纤相连，所述波分复用器的两个输出端分别与光电转换器的输入端相连，本发明结构科学合理，使用安全方便，通过窄脉冲激光器、波分复用器、单模传感光纤、光电转换器、小信号放大模块、数据采集模块和工控主机能够对采集的光信号转换成电信号并对电信号进行处理和放大，同时进处理和放大后的电信号转换成数字信号，且将数字信号进行存储和显示，以此来提高整个降噪过程中数据结果的可靠性和光纤测温系统的测温精度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤测温技术领域，具体为一种分布式光纤测温降噪的装置及其降噪方法。
背景技术
分布式光纤测温装置是一种光时域温度监测系统，它以光纤中的拉曼散射原理为技术基础，综合光时域反射技术，实现连续测量光纤沿线任一点所处的温度，其测量距离从几公里到几十公里的范围，空间定位精度可达到1m量级，且能进行不间断实时在线监测，分布式光纤测温系统可以满足公路、隧道等测温精度要求比较低的火灾监控场所的应用要求，但是对于电力电厂的动力电缆载流量监测等温度精度要求比较高的应用场所尚不能满足要求，因此如何提高测温精度,也就是如何降低系统噪声，而系统噪声主要包括以下三种类型的噪声，即光源的ASE噪声、APD暗电流和接收机白噪声，且现有一般通过累加再平均的方法来降低噪声；
由于在进行降噪时，缺少对采集的信心进行预处理的元件，导致获取的微弱的电信号无法快速准确的转换成数字信号，进而导致获取的电信号难以进行有效的进行参考和取证，进一步容易对降噪进程造成影响。
发明内容
本发明提供一种分布式光纤测温降噪的装置及其降噪方法，可以有效解决上述背景技术中提出的缺少对采集的信心进行预处理的元件，导致获取的微弱的电信号无法快速准确的转换成数字信号，进而导致获取的电信号难以进行有效的进行参考和取证，进一步容易对降噪进程造成影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分布式光纤测温降噪的装置，包括窄脉冲激光器、波分复用器、单模传感光纤、光电转换器、小信号放大模块、数据采集模块和工控主机；
所述窄脉冲激光器与波分复用器的输入端相连，所述波分复用器的串行端口与单模传感光纤相连，所述波分复用器的两个输出端分别与光电转换器的输入端相连，所述光电转换器的输出端与小信号放大模块的输入端相连，所述小信号放大模块的输出端与数据采集模块相连，所述数据采集模块与工控主机的输入端相连。
所述窄脉冲激光器产生窄脉冲激光，通过波分复用器将窄脉冲激光输入单模传感光纤，并沿着单模传感光纤向其一端输送，同时在单模传感光纤内部产生向后传输的散射光，并将单模传感光纤内向后传输的散射光重新传输至波分复用器。
所述波分复用器将散射光传输至光电转换器，所述光电转换器主要把光信号转换成电信号，来完成光电的转换，并将其内部微弱的电信号传输至小信号放大模块内。
所述小信号放大模块来将微弱的电信号进行放大和滤波处理，所述数据采集模块主要将经过放大和滤波处理后的电信号进行模拟，使电信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号做累加处理，所述工控主机将累加处理后的数据进行解调和温度曲线信息进行显示，并将解调后的数据输送至处理器进行降噪处理。
所述窄脉冲激光器采用外同步，所述数据采集模块提供同步信号，所述单模传感光纤用于探测光纤所处环境的温度变化，并解出光纤所处环境的温度信息。
一种分布式光纤测温降噪的方法，包括如下步骤：
S1、信号采集。
S2、数据处理。
S3、二次信号采集。
S4、数据对比。
S5、系统处理。
S6、重复降噪。
所述步骤S1中，所述信号采集通过数据采集模块，关闭其内部的同步信号，此时停止窄脉冲激光器脉冲光源的输出，使得ASE光正常输出和APD暗电流正常存在。
所述步骤S2中，所述数据处理通过数据采集模块来采集一组噪声数据曲线，并对该组噪声数据曲线进行累加再平均，然后将累加平均后的信息传输至工控主机进行显示和存储；
所述步骤S3中，所述二次信号采集通过数据采集模块，开启其内部的同步信号，使整个分布式光纤测温系统处于正常运行的状态，然后隔一段时间后，再次关闭数据采集模块内的同步信号，并重复步骤S1和步骤S2，来再次获取一组噪声数据曲线。
所述步骤S4中，所述数据对比将步骤S3中获取的数据来减去步骤S2中获取的数据以此来获得除去主要噪声的数据曲线；
所述步骤S5中，所述系统处理通过工控主机来将获取的主要噪声数据进行处理，并通过工控主机来将处理后的数据信息通过数据曲线的形式来进行显示。
所述步骤S6中，所述重复降噪是指设置一段时间重复步骤S2、S3和S4，同时通过工控主机来将更新的数据曲线进行展示。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便：通过窄脉冲激光器、波分复用器、单模传感光纤、光电转换器、小信号放大模块、数据采集模块和工控主机能够对采集的光信号转换成电信号并对电信号进行处理和放大，同时进处理和放大后的电信号转换成数字信号，且将数字信号进行存储和显示，以此来提高整个降噪过程中数据结果的可靠性和光纤测温系统的测温精度；通过数据对比和系统处理能够将不同时段的噪声数据曲线进行对比，同时通过将不同时段的噪声数据曲线数据进行相减并进行更新显示，以此来提高系统测温时的信噪比，进一步提高降噪的效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明分布式光纤测温降噪的装置结构示意图；
图2是本发明分布式光纤测温降噪的方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1-2所示，本发明提供一种技术方案，一种分布式光纤测温降噪的装置，包括窄脉冲激光器1、波分复用器2、单模传感光纤3、光电转换器4、小信号放大模块5、数据采集模块6和工控主机7；
窄脉冲激光器1与波分复用器2的输入端相连，波分复用器2的串行端口与单模传感光纤3相连，波分复用器2的两个输出端分别与光电转换器4的输入端相连，光电转换器4的输出端与小信号放大模块5的输入端相连，小信号放大模块5的输出端与数据采集模块6相连，数据采集模块6与工控主机7的输入端相连。
窄脉冲激光器1产生窄脉冲激光，通过波分复用器2将窄脉冲激光输入单模传感光纤3，并沿着单模传感光纤3向其一端输送，同时在单模传感光纤3内部产生向后传输的散射光，并将单模传感光纤3内向后传输的散射光重新传输至波分复用器2。
波分复用器2将散射光传输至光电转换器5，光电转换器5主要把光信号转换成电信号，来完成光电的转换，并将其内部微弱的电信号传输至小信号放大模块5内。
小信号放大模块5来将微弱的电信号进行放大和滤波处理，数据采集模块6主要将经过放大和滤波处理后的电信号进行模拟，使电信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号做累加处理，工控主机7将累加处理后的数据进行解调和温度曲线信息进行显示，并将解调后的数据输送至处理器进行降噪处理。
窄脉冲激光器1采用外同步，数据采集模块6提供同步信号，单模传感光纤3用于探测光纤所处环境的温度变化，并解出光纤所处环境的温度信息。
一种分布式光纤测温降噪的方法，包括如下步骤：
S1、信号采集。
S2、数据处理。
S3、二次信号采集。
S4、数据对比。
S5、系统处理。
S6、重复降噪
步骤S1中，信号采集通过数据采集模块7，关闭其内部的同步信号，此时停止窄脉冲激光器1脉冲光源的输出，使得ASE光正常输出和APD暗电流正常存在。
步骤S2中，数据处理通过数据采集模块6来采集一组噪声数据曲线，并对该组噪声数据曲线进行累加再平均，然后将累加平均后的信息传输至工控主机7进行显示和存储；
步骤S3中，二次信号采集通过数据采集模块7，开启其内部的同步信号，使整个分布式光纤测温系统处于正常运行的状态，然后隔24H后，再次关闭数据采集模块7内的同步信号，并重复步骤S1和步骤S2，来再次获取一组噪声数据曲线。
步骤S4中，数据对比将步骤S3中获取的数据来减去步骤S2中获取的数据以此来获得除去主要噪声的数据曲线；
步骤S5中，系统处理通过工控主机7来将获取的主要噪声数据进行处理，并通过工控主机7来将处理后的数据信息通过数据曲线的形式来进行显示。
步骤S6中，重复降噪是指设置一段时间重复步骤S2、S3和S4，同时通过工控主机7来将更新的数据曲线进行展示。
实施例2：如图1-2所示，本发明提供一种技术方案，一种分布式光纤测温降噪的装置，包括窄脉冲激光器1、波分复用器2、单模传感光纤3、光电转换器4、小信号放大模块5、数据采集模块6和工控主机7；
窄脉冲激光器1与波分复用器2的输入端相连，波分复用器2的串行端口与单模传感光纤3相连，波分复用器2的两个输出端分别与光电转换器4的输入端相连，光电转换器4的输出端与小信号放大模块5的输入端相连，小信号放大模块5的输出端与数据采集模块6相连，数据采集模块6与工控主机7的输入端相连。
窄脉冲激光器1产生窄脉冲激光，通过波分复用器2将窄脉冲激光输入单模传感光纤3，并沿着单模传感光纤3向其一端输送，同时在单模传感光纤3内部产生向后传输的散射光，并将单模传感光纤3内向后传输的散射光重新传输至波分复用器2。
波分复用器2将散射光传输至光电转换器5，光电转换器5主要把光信号转换成电信号，来完成光电的转换，并将其内部微弱的电信号传输至小信号放大模块5内。
小信号放大模块5来将微弱的电信号进行放大和滤波处理，数据采集模块6主要将经过放大和滤波处理后的电信号进行模拟，使电信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号做累加处理，工控主机7将累加处理后的数据进行解调和温度曲线信息进行显示，并将解调后的数据输送至处理器进行降噪处理。
窄脉冲激光器1采用外同步，数据采集模块6提供同步信号，单模传感光纤3用于探测光纤所处环境的温度变化，并解出光纤所处环境的温度信息。
一种分布式光纤测温降噪的方法，包括如下步骤：
S1、信号采集。
S2、数据处理。
S3、二次信号采集。
S4、数据对比。
S5、系统处理。
S6、重复降噪
步骤S1中，信号采集通过数据采集模块7，关闭其内部的同步信号，此时停止窄脉冲激光器1脉冲光源的输出，使得ASE光正常输出和APD暗电流正常存在。
步骤S2中，数据处理通过数据采集模块6来采集一组噪声数据曲线，并对该组噪声数据曲线进行累加再平均，然后将累加平均后的信息传输至工控主机7进行显示和存储；
步骤S3中，二次信号采集通过数据采集模块7，开启其内部的同步信号，使整个分布式光纤测温系统处于正常运行的状态，然后隔32H后，再次关闭数据采集模块7内的同步信号，并重复步骤S1和步骤S2，来再次获取一组噪声数据曲线。
步骤S4中，数据对比将步骤S3中获取的数据来减去步骤S2中获取的数据以此来获得除去主要噪声的数据曲线；
步骤S5中，系统处理通过工控主机7来将获取的主要噪声数据进行处理，并通过工控主机7来将处理后的数据信息通过数据曲线的形式来进行显示。
步骤S6中，重复降噪是指设置一段时间重复步骤S2、S3和S4，同时通过工控主机7来将更新的数据曲线进行展示。
基于上述，本发明的有益效果为：本发明结构科学合理，使用安全方便，通过窄脉冲激光器、波分复用器、单模传感光纤、光电转换器、小信号放大模块、数据采集模块和工控主机能够对采集的光信号转换成电信号并对电信号进行处理和放大，同时进处理和放大后的电信号转换成数字信号，且将数字信号进行存储和显示，以此来提高整个降噪过程中数据结果的可靠性和光纤测温系统的测温精度；通过数据对比和系统处理能够将不同时段的噪声数据曲线进行对比，同时通过将不同时段的噪声数据曲线数据进行相减并进行更新显示，以此来提高系统测温时的信噪比，进一步提高降噪的效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式光纤测温降噪的装置，其特征在于：包括窄脉冲激光器(1)、波分复用器(2)、单模传感光纤(3)、光电转换器(4)、小信号放大模块(5)、数据采集模块(6)和工控主机(7)；
所述窄脉冲激光器(1)与波分复用器(2)的输入端相连，所述波分复用器(2)的串行端口与单模传感光纤(3)相连，所述波分复用器(2)的两个输出端分别与光电转换器(4)的输入端相连，所述光电转换器(4)的输出端与小信号放大模块(5)的输入端相连，所述小信号放大模块(5)的输出端与数据采集模块(6)相连，所述数据采集模块(6)与工控主机(7)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温降噪的装置，其特征在于：所述窄脉冲激光器(1)产生窄脉冲激光，通过波分复用器(2)将窄脉冲激光输入单模传感光纤(3)，并沿着单模传感光纤(3)向其一端输送，同时在单模传感光纤(3)内部产生向后传输的散射光，并将单模传感光纤(3)内向后传输的散射光重新传输至波分复用器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温降噪的装置，其特征在于：所述波分复用器(2)将散射光传输至光电转换器(5)，所述光电转换器(5)主要把光信号转换成电信号，来完成光电的转换，并将其内部微弱的电信号传输至小信号放大模块(5)内。
4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温降噪的装置，其特征在于：所述小信号放大模块(5)来将微弱的电信号进行放大和滤波处理，所述数据采集模块(6)主要将经过放大和滤波处理后的电信号进行模拟，使电信号转换成数字信号，并对转换后的数字信号做累加处理，所述工控主机(7)将累加后处理的数据进行解调和温度曲线信息进行显示，并将解调后的数据输送至处理器进行降噪处理。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温降噪的装置，其特征在于：所述窄脉冲激光器(1)采用外同步，所述数据采集模块(6)提供同步信号，所述单模传感光纤(3)用于探测光纤所处环境的温度变化，并解出光纤所处环境的温度信息。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种分布式光纤测温降噪的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、信号采集。
S2、数据处理。
S3、二次信号采集。
S4、数据对比。
S5、系统处理。
S6、重复降噪。
7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温降噪的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述信号采集通过数据采集模块(7)，关闭其内部的同步信号，此时停止窄脉冲激光器(1)脉冲光源的输出，使得ASE光正常输出和APD暗电流正常存在。
8.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温降噪的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述数据处理通过数据采集模块(6)来采集一组噪声数据曲线，并对该组噪声数据曲线进行累加再平均，然后将累加平均后的信息传输至工控主机(7)进行显示和存储；
所述步骤S3中，所述二次信号采集通过数据采集模块(7)，开启其内部的同步信号，使整个分布式光纤测温系统处于正常运行的状态，然后隔一段时间后，再次关闭数据采集模块(7)内的同步信号，并重复步骤S1和步骤S2，来再次获取一组噪声数据曲线。
9.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温降噪的方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述数据对比将步骤S3中获取的数据来减去步骤S2中获取的数据以此来获得除去主要噪声的数据曲线；
所述步骤S5中，所述系统处理通过工控主机(7)来将获取的主要噪声数据进行处理，并通过工控主机(7)来将处理后的数据信息通过数据曲线的形式来进行显示。
10.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温降噪的方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述重复降噪是指设置一段时间重复步骤S2、S3和S4，同时通过工控主机(7)来将更新的数据曲线进行展示。
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