CN111912543A - 一种分布式光纤温度传感系统 - Google Patents

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CN111912543A CN202010745973.3A CN202010745973A CN111912543A CN 111912543 A CN111912543 A CN 111912543A CN 202010745973 A CN202010745973 A CN 202010745973A CN 111912543 A CN111912543 A CN 111912543A
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方明
王春
李松有
张玉书
林财福
郑梨文
张华�
李太吉
田雪飞
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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres

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Abstract

本发明揭示一种分布式光纤温度传感系统，包括脉冲光源、调制器、环形器、带通滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号处理装置和驱动器，调制器和环形器之间连接有光纤放大器，光纤放大器的输入端与调制器的光输出端连接，调制器的第一光输入端连接脉冲光源的输出端，光纤放大器的输出端与环形器的输入端连接。在原来光路基础上增加了光纤放大器，增加了传输距离，提高输出光功率，改善信噪比，提高了信号光的探测精度。

Description

一种分布式光纤温度传感系统
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体地，涉及一种分布式光纤温度传感系统。
背景技术
目前国内外已有多种基于光纤的分布式温度传感技术和方法，但主要是基于OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)技术和多路复用(如时分复用、波分复用、频分复用等)技术。激光器发射脉冲激光沿传感光纤传输，同时不断产生向后传输的斯托克斯和反斯托克斯信号光，脉冲激光沿光纤传输时会逐渐衰减，导致返回的斯托克斯和反斯托克斯信号光强度十分微弱，以至于无法和背景噪声分开，则此距离的温度信号无法被探测到。
目前行业内的分布式光纤温度传感系统存在有效探测距离短，对温度探测精确度不高的缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种分布式光纤温度传感系统，解决现有技术中的分布式光纤温度传感系统探测距离短，对温度探测精确度不高的问题。
本发明公开的一种分布式光纤温度传感系统，包括脉冲光源、调制器、环形器、带通滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号处理装置和驱动器，调制器和环形器之间连接有光纤放大器，光纤放大器的输入端与调制器的光输出端连接，调制器的第一光输入端连接脉冲光源的输出端，光纤放大器的输出端与环形器的输入端连接，环形器的第一输出端与光纤连接，环形器的第二输出端与带通滤波器的输入端口连接，带通滤波器的第一输出端连接第一光电探测器，带通滤波器的第二输出端连接第二光电探测器，第一光电探测器及第二光电探测器的输出端均述信号处理装置的输入端连接，信号处理装置的输出端与驱动器的输入端连接，驱动器的输出端与调制器的电输入端连接。
根据本发明的一实施方式，脉冲光源、调制器、光纤放大器、环形器、第一光电探测器及第二光电探测器之间均通过光纤进行连接，第一光电探测器及第二光电探测器与信号处理装置、驱动器、调制器之间均通过电性连接。
根据本发明的一实施方式，脉冲光源采用1550nm脉冲光源。
根据本发明的一实施方式，光纤放大器采用脉冲掺铒光纤放大器。
根据本发明的一实施方式，第一光电探测器采用1660光电探测器，第二光电探测器采用1450光电探测器。
根据本发明的一实施方式，第一光电探测器及第二光电探测器均为为雪崩光电二极管。
根据本发明的一实施方式，光纤为普通单模光纤。
根据本发明的一实施方式，信号处理装置包括同步信号源和采集卡。
本发明能够实现的有益效果是：在原来光路基础上增加了光纤放大器，增加了传输距离，提高输出光功率，改善信噪比，提高了信号光的探测精度，同时，斯托克斯和反斯托克斯信号频幅更宽，有效提升了温度探测范围。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为实施例中一种分布式光纤温度传感系统的结构框图。
附图标记说明：
1.脉冲光源，2.调制器，3光纤放大器，4环形器，5.带通滤波器，6.第一光电探测器，7.第二光电探测器，8.信号处理装置，9.驱动器，10.光纤。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明一种分布式光纤温度传感系统，结构如图1所示，包括脉冲光源1、调制器2、环形器4、带通滤波器5、第一光电探测器6、第二光电探测器7、信号处理装置8和驱动器9，其特征在于，调制器2和环形器4之间连接有光纤放大器3，光纤放大器3的输入端与调制器2的光输出端连接，调制器2的第一光输入端连接脉冲光源1的输出端，光纤放大器3的输出端与环形器4的输入端连接，环形器4的第一输出端与光纤10连接，环形器4的第二输出端与带通滤波器5的输入端口连接，带通滤波器5的第一输出端连接第一光电探测器6，带通滤波器5的第二输出端连接第二光电探测器7，第一光电探测器6及第二光电探测器7的输出端均述信号处理装置8的输入端连接，信号处理装置8的输出端与驱动器9的输入端连接，驱动器9的输出端与调制器2的电输入端连接。
脉冲光源1、调制器2、光纤放大器3、环形器4、第一光电探测器6及第二光电探测器7之间均通过光纤进行连接，第一光电探测器6及第二光电探测器7与信号处理装置5、驱动器9、调制器2之间均通过电性连接。
脉冲光源1采用1550nm脉冲光源，产生的脉冲光波长稳定，能在传输的过程中较好的保存信号的强度，为信号的探测提供保障。
光纤放大器3采用脉冲掺铒光纤放大器，增加传输距离，从而提高输出光功率和信号信噪比，提高了信号光的探测精度。
第一光电探测器6采用1660光电探测器，第二光电探测器7采用1450光电探测器。
第一光电探测器6及第二光电探测器7均为为雪崩光电二极管，雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快等优点，能大大提高探测的精确度。
光纤10为普通单模光纤，传输距离达到5km以上，适宜远距离传输。
信号处理装置8包括同步信号源和采集卡，同步信号源输出同步驱动信号和同步信号，通过把同步驱动信号传输到所述驱动器产生脉冲信号，同时把同步信号传输到所述采集卡，当脉冲信号返回来进行信号采集。
本发明一种分布式光纤温度传感系统，在工作中的时候，脉冲光源1输出脉冲光，脉冲光经调制器2调制成脉冲调制信号，再经光纤放大器3放大后，从环行器4的输入端口输入，再从环形器4的第一输出端口输出并进入光纤10中进行传输，由光纤10反射回来的斯托克斯和反斯托克斯信号再从环形器4的第一输出端口进入，并从环形器4的第二输出端口输出后进入带通滤波器5的输入端口，然后从带通滤波器5的第一输出端口输出的1660nm斯托克斯信号进入在第一光电探测器6的输入端口转换成电信号，从带通滤波器5的第二输出端口输出的1450nm反斯托克斯信号进入在第二光电探测器7的输入端口转换成电信号，信号处理装置8采集到从第一光电探测器6及第二光电探测器7传来的电信号后，再通过数据处理来分析温度的情况。
本发明一种分布式光纤温度传感系统，光纤放大器3的测试过程如下：打开脉冲光源1、调制器2、光纤放大器3的电源，慢慢调制光纤放大器3的Pump电流，直到光信号信噪比开始出现劣化，此时为光信号传输最远信号质量最好的时候，停止增加电流。
本发明一种分布式光纤温度传感系统，在原来光路基础上增加了光纤放大器3，增加了传输距离，提高输出光功率，改善信噪比，提高了信号光的探测精度，同时，斯托克斯和反斯托克斯信号频幅更宽，有效提升了温度探测范围。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式光纤温度传感系统，包括脉冲光源(1)、调制器(2)、环形器(4)、带通滤波器(5)、第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、信号处理装置(8)和驱动器(9)，其特征在于，所述调制器(2)和环形器(4)之间连接有光纤放大器(3)，所述光纤放大器(3)的输入端与调制器(2)的光输出端连接，所述调制器(2)的第一光输入端连接脉冲光源(1)的输出端，所述光纤放大器(3)的输出端与环形器(4)的输入端连接，所述环形器(4)的第一输出端与光纤(10)连接，所述环形器(4)的第二输出端与带通滤波器(5)的输入端口连接，所述带通滤波器(5)的第一输出端连接第一光电探测器(6)，所述带通滤波器(5)的第二输出端连接第二光电探测器(7)，所述第一光电探测器(6)及第二光电探测器(7)的输出端均述信号处理装置(8)的输入端连接，所述信号处理装置(8)的输出端与驱动器(9)的输入端连接，所述驱动器(9)的输出端与调制器(2)的电输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述脉冲光源(1)、调制器(2)、光纤放大器(3)、环形器(4)、第一光电探测器(6)及第二光电探测器(7)之间均通过光纤进行连接，所述第一光电探测器(6)及第二光电探测器(7)与信号处理装置(5)、驱动器(9)、调制器(2)之间均通过电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述脉冲光源(1)采用1550nm脉冲光源。
4.根据权利要求2所述的一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述光纤放大器(3)采用脉冲掺铒光纤放大器。
5.根据权利要求2所述的一种分布式光纤温度传感系统，所述第一光电探测器(6)采用1660光电探测器，所述第二光电探测器(7)采用1450光电探测器。
6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤温度传感系统，所述第一光电探测器(6)及第二光电探测器(7)均为为雪崩光电二极管。
7.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述光纤(10)为普通单模光纤。
8.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感系统，其特征在于，所述信号处理装置(8)包括同步信号源和采集卡。
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