CN114659659A - 一种分布式光纤测温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种分布式光纤测温系统及方法，涉及光纤测温技术领域，包括中央主板、电性连接于中央主板上的光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块，光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温机构之间电性连接，光信号处理模组包括光信号发射模块以及光信号接收模块，光信号发射模块发射光脉冲数据进入光纤，对布置区域的温度进行检测，温度数据由光纤传感器测得，光信号接收模块接收若干个光纤传感器测得温度数据，并将其数据传输到数据整合模块进行处理，计算出布置区域的温度，本发明中，温度拟合模块通过对未布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度。

Description

一种分布式光纤测温系统及方法

技术领域

本发明涉及光纤测温技术领域，特别涉及一种分布式光纤测温系统及方法。

背景技术

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲，光纤在传输过程中，由于距离和使用环境的不同，会发生损耗，导致不同节点的温度不同，需要进行必要的测温校正处理。

主要的测温方式是利用分布式光纤温度传感技术，该技术主要利用了光学非线性效应中拉曼散射光信号的强度与温度的相关性，通过对光纤不同位置处激发产生的拉曼散射光信号进行探测与强度分析进而实现光纤不同位置处温度的测量，因此在消防与火灾预警、油井勘测等领域具有广泛应用前景。

现有的一种分布式光纤测温系统及方法有着光信号传输过程节点温度难以拟合、无法进行整体的数据整合以及缺乏必要的反馈温度校正的问题，为此我们提出了一种分布式光纤测温系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种分布式光纤测温系统及方法，可以有效解决背景技术中光信号传输过程节点温度难以拟合、无法进行整体的数据整合以及缺乏必要的反馈温度校正的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种分布式光纤测温系统，包括中央主板、电性连接于中央主板上的光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块，所述光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温机构之间电性连接，所述光信号处理模组包括光信号发射模块以及光信号接收模块，所述光信号发射模块发射光脉冲数据进入光纤，对布置区域的温度进行检测，温度数据由光纤传感器测得，所述光信号接收模块接收若干个光纤传感器测得温度数据，并将其数据传输到数据整合模块进行处理，计算出布置区域的温度，所述数据整合模块将光信号接收模块传递的基础数据进行整合，进行数字量信息的转换，并且对于测量电路中光数据和电数据进行转换，将转换后相应的电压值传输到定区控温模块，并进行下一步的传递，同时对定区控温模块传递的数据进行运行和记载，同时进行进一步地整合记录。

优选地，所述中央主板电性连接不间断电源，保证光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块等正常显示和运算，并承担保存任务，不间断电源可以确保中央主板永不断电，防止断电带来的测温失败。

优选地，所述光信号处理模组还包括温度拟合模块以及温度校正模块，所述温度拟合模块通过对布置区域温度的拟合，计算出非布置区域的温度，所述温度校正模块用于对布置区域温度和非布置区域温度进行校正，具体方法是将布置区域温度和非布置区域温度进行组合，得到区域温度分布图，将不同时刻的区域温度分布图进行对比，标记出温度阶跃变化的区域和时间段，温度校正模块是测量后面对误差的主要调节模块。

优选地，所述光信号处理模组还包括光波分复模块，单光波传输时，光信号发射模块将信号转换为电信号进行光纤的传输，多光波传输时，通过光波分复模块确保在一根光纤上多路光信号正常传输，光波分复模块将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，保证在一根光纤上传输多路信号。

优选地，所述数据整合模块以及定区控温模块采用网口进行信号传输，方便在过程中一边进行数据转换，主要通过高速模数转换器和数字信号处理器来实现，具体数据信号转换是把输入的模拟电信号转换为数字信号，另一边进行温度检测，定区控温机构可以直接驱动温度校正模块对未布置区域光纤温度进行校正处理。

优选地，所述定区控温模块使用布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，使用布置区域相邻区域的温度变化趋势函数对参考值进行校正，校正后的参考值作为标记区域的校正后温度，对于温差过大的温度区域，所述定区控温模块传输信号至温度校正模块，进行光纤温度校正，光纤温度校正后的节点位置自动整合为布置区域。

优选地，所述中央主板对所有信号数据保存后，通过数据整合模块进行云备份保存，并进行数据实时更新，并且与现有温度进行对比，在温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，随后再利用温度校正模块进行温度校正，中央主板上可以储存所有数据，并将数据及时传输至数据库中。

优选地，具体测温步骤如下：

S1、光信号发射模块发射光脉冲信号进入光纤，对布置区域的温度进行检测，光纤传感器测得布置区域的温度数据；

S2、光信号发射模块发出光脉冲信号在光纤中快速传输，光信号接收模块在固定节点接收光脉冲信号，各个固定节点设置有光纤传感器，用于测量各个节点的温度数据，所有数据传输到数据整合模块；

S3、将布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，将各个节点测量的温度数据划分成若干个非布置区域的温度，温度拟合模块通过对非布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度；

S4、将计算出非布置区域的温度与布置区域的温度参考值进行比较，温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，定区控温模块将调整信号传输至温度校正模块，进行即时的温度校正。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，单光波传输时，光信号发射模块将信号转换为电信号进行光纤的传输，多光波传输时，通过光波分复模块确保在一根光纤上多路光信号正常传输，光波分复模块将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，保证在一根光纤上传输多路信号，确保在同一根光纤上，依据测量场景的不同，传输单一信号或者多组信号，大大提高整体的测量速度或者丰富性；

2、本发明中，数据整合模块处理若干份光纤传感器测得的温度数据，计算出布置区域的温度，同时数据整合模块将光信号接收模块传递的基础数据进行整合，也就是在各个测温节点收集数据并进行整体运算处理，随后根据数据库资料进行数字量信息的转换，避免设计过度的数据处理模块来分段处理，提高整体的测温效率；

3、本发明中，数据整合模块在各个测温节点收集数据并进行整体运算处理，得出各个节点的光纤温度数据，温度拟合模块通过对未布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度，当非布置区域温差与布置区域过大时，定区控温模块将调整信号传输至温度校正模块，进行即时的温度校正，实现即时校正，并将该区域自动整合为布置区域，方便在光纤传输线路上节节进行测温处理。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1，本发明为一种分布式光纤测温系统，包括中央主板、电性连接于中央主板上的光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块，所述光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温机构之间电性连接，所述光信号处理模组包括光信号发射模块以及光信号接收模块，所述光信号发射模块发射光脉冲数据进入光纤，对布置区域的温度进行检测，温度数据由光纤传感器测得，所述光信号接收模块接收若干个光纤传感器测得温度数据，并将其数据传输到数据整合模块进行处理，计算出布置区域的温度，所述数据整合模块将光信号接收模块传递的基础数据进行整合，进行数字量信息的转换，并且对于测量电路中光数据和电数据进行转换，将转换后相应的电压值传输到定区控温模块，并进行下一步的传递，同时对定区控温模块传递的数据进行运行和记载，同时进行进一步地整合记录。

进一步地，中央主板电性连接不间断电源，保证光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块等正常显示和运算，并承担保存任务，不间断电源可以确保中央主板永不断电，防止断电带来的测温失败。

进一步地，光信号处理模组还包括温度拟合模块以及温度校正模块，温度拟合模块通过对布置区域温度的拟合，计算出非布置区域的温度，温度校正模块用于对布置区域温度和非布置区域温度进行校正，具体方法是将布置区域温度和非布置区域温度进行组合，得到区域温度分布图，将不同时刻的区域温度分布图进行对比，标记出温度阶跃变化的区域和时间段，温度校正模块是测量后面对误差的主要调节模块。

进一步地，光信号处理模组还包括光波分复模块，单光波传输时，光信号发射模块将信号转换为电信号进行光纤的传输，多光波传输时，通过光波分复模块确保在一根光纤上多路光信号正常传输，光波分复模块将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，保证在一根光纤上传输多路信号。

进一步地，数据整合模块以及定区控温模块采用网口进行信号传输，方便在过程中一边进行数据转换，主要通过高速模数转换器和数字信号处理器来实现，具体数据信号转换是把输入的模拟电信号转换为数字信号，另一边进行温度检测，定区控温机构可以直接驱动温度校正模块对未布置区域光纤温度进行校正处理。

进一步地，定区控温模块使用布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，使用布置区域相邻区域的温度变化趋势函数对参考值进行校正，校正后的参考值作为标记区域的校正后温度，对于温差过大的温度区域，定区控温模块传输信号至温度校正模块，进行光纤温度校正，光纤温度校正后的节点位置自动整合为布置区域。

进一步地，中央主板对所有信号数据保存后，通过数据整合模块进行云备份保存，并进行数据实时更新，并且与现有温度进行对比，在温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，随后再利用温度校正模块进行温度校正，中央主板上可以储存所有数据，并将数据及时传输至数据库中。

进一步地，具体测温步骤如下：

S1、光信号发射模块发射光脉冲信号进入光纤，对布置区域的温度进行检测，光纤传感器测得布置区域的温度数据；

S2、光信号发射模块发出光脉冲信号在光纤中快速传输，光信号接收模块在固定节点接收光脉冲信号，各个固定节点设置有光纤传感器，用于测量各个节点的温度数据，所有数据传输到数据整合模块；

S3、将布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，将各个节点测量的温度数据划分成若干个非布置区域的温度，温度拟合模块通过对非布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度；

S4、将计算出非布置区域的温度与布置区域的温度参考值进行比较，温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，定区控温模块将调整信号传输至温度校正模块，进行即时的温度校正。

本发明的工作原理为：

光信号发射模块发射光脉冲信号进入光纤，对布置区域的温度进行检测，光纤传感器测得布置区域的温度数据，光信号发射模块发出光脉冲信号在光纤中快速传输，光信号接收模块在固定节点接收光脉冲信号，各个固定节点设置有光纤传感器，用于测量各个节点的温度数据，所有数据传输到数据整合模块，将布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，将各个节点测量的温度数据划分成若干个非布置区域的温度，温度拟合模块通过对非布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度，将计算出非布置区域的温度与布置区域的温度参考值进行比较，温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，定区控温模块将调整信号传输至温度校正模块，进行即时的温度校正。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (8)

1.一种分布式光纤测温系统，其特征在于：包括中央主板、电性连接于中央主板上的光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块，所述光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温机构之间电性连接，所述光信号处理模组包括光信号发射模块以及光信号接收模块，所述光信号发射模块发射光脉冲数据进入光纤，对布置区域的温度进行检测，温度数据由光纤传感器测得，所述光信号接收模块接收若干个光纤传感器测得温度数据，并将其数据传输到数据整合模块进行处理，计算出布置区域的温度，所述数据整合模块将光信号接收模块传递的基础数据进行整合，进行数字量信息的转换，并且对于测量电路中光数据和电数据进行转换，将转换后相应的电压值传输到定区控温模块，并进行下一步的传递，同时对定区控温模块传递的数据进行运行和记载，同时进行进一步地整合记录。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述中央主板电性连接不间断电源，保证光信号处理模组、数据整合模块以及定区控温模块等正常显示和运算，并承担保存任务。

3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述光信号处理模组还包括温度拟合模块以及温度校正模块，所述温度拟合模块通过对布置区域温度的拟合，计算出非布置区域的温度，所述温度校正模块用于对布置区域温度和非布置区域温度进行校正，具体方法是将布置区域温度和非布置区域温度进行组合，得到区域温度分布图，将不同时刻的区域温度分布图进行对比，标记出温度阶跃变化的区域和时间段。

4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述光信号处理模组还包括光波分复模块，单光波传输时，光信号发射模块将信号转换为电信号进行光纤的传输，多光波传输时，通过所述光波分复模块确保在一根光纤上多路光信号正常传输。

5.根据权利要求4所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述数据整合模块以及定区控温模块采用网口进行信号传输，方便在过程中一边进行数据转换，主要通过高速模数转换器和数字信号处理器来实现，具体数据信号转换是把输入的模拟电信号转换为数字信号，另一边进行温度检测。

6.根据权利要求5所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述定区控温模块使用布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，使用布置区域相邻区域的温度变化趋势函数对参考值进行校正，校正后的参考值作为标记区域的校正后温度，对于温差过大的温度区域，所述定区控温模块传输信号至温度校正模块，进行光纤温度校正。

7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于：所述中央主板对所有信号数据保存后，通过数据整合模块进行云备份保存，并进行数据实时更新，并且与现有温度进行对比，在温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，随后再利用温度校正模块进行温度校正。

8.一种分布式光纤测温系统的测温方法，其特征在于：具体测温步骤如下：

S1、光信号发射模块发射光脉冲信号进入光纤，对布置区域的温度进行检测，光纤传感器测得布置区域的温度数据；

S2、光信号发射模块发出光脉冲信号在光纤中快速传输，光信号接收模块在固定节点接收光脉冲信号，各个固定节点设置有光纤传感器，用于测量各个节点的温度数据，所有数据传输到数据整合模块；

S3、将布置区域未出现温度阶跃变化的时间段温度作为参考值，将各个节点测量的温度数据划分呈若干个非布置区域的温度，温度拟合模块通过对非布置区域温度若干节点的拟合，计算出非布置区域的温度；

S4、将计算出非布置区域的温度与布置区域的温度参考值进行比较，温度差距过大的时候，通过数据整合模块进行上位机进行报警，定区控温模块将调整信号传输至温度校正模块，进行即时的温度校正。

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