CN203772449U - 一种高空间分辨率的光纤测温带 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的高空间分辨率光纤测温带包括上覆压链带，下覆压链带，彼此间隔的光纤绕轮和测温光纤，测温光纤环绕在彼此间隔的光纤绕轮上，上覆压链带和下覆压链带分别覆压在光纤绕轮的上下两面，并通过螺杆和螺帽与光纤绕轮紧固。该测温带结构简单、成本低、可靠性高、易于安装，可解决分布式光纤拉曼温度传感器空间分辨率较低的问题，可实现厘米级的高空间分辨率，适用于发动机舱、发电机内部温度分布检测，液体层精密温度分布分析等需要高空间分辨率分布温度检测的领域。

Description

一种高空间分辨率的光纤测温带

技术领域

本实用新型涉及光纤温度传感器，特别是一种与分布式光纤拉曼温度传感器结合使用的高空间分辨率光纤测温带。

背景技术

分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。分布式光纤拉曼温度传感器利用光纤的喇曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。它是一个特殊的光纤通信系统；利用光纤的光时域的反射（Optical time domain reflection 简称OTDR）技术，由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测温度点定位，它又是一个典型的光纤激光温度雷达系统。分布式光纤拉曼温度传感器可以在线实时预报现场的温度和温度变化的取向，在线监测现场温度的变化，在一定的温度范围设置报警温度，是一种本征安全型的线型感温探测器，已在电力工业、石化企业、大型土木工程和在线灾害监测等领域成功地应用。

典型的分布式光纤拉曼温度传感器一般采用激光脉冲作为泵蒲信号，用反斯托克斯拉曼散射光作为测量温度信号通道，斯托克斯拉曼散射光作为测量温度参考通道。空间分辨率是分布式光纤拉曼温度传感器的一个重要指标，它是指系统测温光纤的最小感温长度，具体可表述为：当某一段测温光纤处于温度阶跃变化时，测温光纤的温度响应曲线由10%上升到90%时所对应的响应距离。空间分辨率主要由泵蒲激光脉冲宽度、探测系统的带宽以及激光在光纤中的色散所决定。目前，进入实际应用的分布式光纤拉曼温度传感器的空间分辨率绝大数处于1-3米范围，但在某些应用领域（如：发动机舱、发电机内部温度分布检测 ，液体层精密温度分布分析等）需要用到高达厘米级的温度空间分辨率，这就对测温系统的空间分辨率提出更高的要求。虽然 ，厘米级空间分辨率的分布式光纤拉曼温度传感器在文献报道中可通过压窄泵蒲激光脉冲脉宽（<1ns）、采用高灵敏高响应速度的探测系统（如超导纳米单光子探测系统）在短距离（十几米）内实现，但实现的成本极高，可靠性差，需采用体积庞大的液氦制冷系统，目前主要还处于实验研究阶段，难以在实际应用场合使用。     

发明内容

     本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、可靠性高的高空间分辨率光纤测温带，其与目前市场上的分布式光纤拉曼温度传感器结合使用，可以实现厘米级的分布测温空间分辨率，以满足市场的需要。       

本实用新型的高空间分辨率光纤测温带包括上覆压链带，下覆压链带，彼此间隔的光纤绕轮和测温光纤，测温光纤环绕在彼此间隔的光纤绕轮上，上覆压链带和下覆压链带分别覆压在光纤绕轮的上下两面，并通过螺杆和螺帽与光纤绕轮紧固。

本实用新型的高空间分辨率光纤测温带铺设在测温现场，在工作时需接入相应的分布式光纤拉曼温度传感器检测系统，光纤测温带中的测温光纤既是传输介质又是传感介质。光纤绕轮彼此所留的间隔，以便于弯曲，方便各种测温现场的安装为宜。彼此间隔的光纤绕轮的个数n，1＜n＜A/B，A和B分别为与该高空间分辨率的光纤测温带连接使用的分布式光纤拉曼温度传感器系统的最大测温光纤长度和原有空间分辨率。

本实用新型中，所述的测温光纤可以是光通信用的多模光纤或单模光纤，也可以是各类特制的测温光纤。为了防止光纤绕圈时产生的弯曲损耗，当采用多模光纤，则光纤绕轮的绕圈直径大于1厘米。当采用单模光纤，则光纤绕轮的绕圈直径大于2厘米。

本实用新型中，所述的上覆压链带和下覆压链带均采用类似表带的链式结构。

为保证对测温光纤良好的传热性，本实用新型中的上覆压链带，下覆压链带，光纤绕轮，螺杆和螺帽应采用导热良好的材料制造，比如金属。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的高空间分辨率光纤测温带通过对测温光纤在绕轮上绕圈的方式大大提高了分布式光纤拉曼温度传感器的空间分辨率，可获得厘米级的高空间分辨率，拓宽了分布式光纤拉曼温度传感器的应用领域。该高空间分辨率光纤测温带结构简单、成本低、可靠性高，可方便地应用于实际施工现场。

附图说明

图1是高空间分辨率光纤测温带的结构示意图。

图2是采用高空间分辨率光纤测温带的分布式光纤拉曼温度传感器的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型。

参照图1，本实用新型的高空间分辨率光纤测温带包括上覆压链带2，下覆压链带5，彼此间隔的光纤绕轮3和测温光纤4，测温光纤4环绕在彼此间隔的光纤绕轮3上，上覆压链带2和下覆压链带5分别覆压在光纤绕轮3的上下两面，并通过螺杆6和螺帽1与光纤绕轮3紧固。

本实用新型的高空间分辨率光纤测温带在实际应用中需结合分布式光纤拉曼温度传感器检测系统来使用，在工作时只需将该高空间分辨率光纤测温带取代分布式光纤拉曼温度传感器的测温光纤即可，其工作原理图如图2所示。激光驱动器驱动激光二极管发出脉冲泵蒲激光经光纤双向耦合器和取样环进入本实用新型的高空间分辨率光纤测温带，光波分复用器接收从双向耦合器返回的背向散射光将其分解为斯托克斯和反斯托克斯喇曼背向散射光并分别送给两路雪崩光电二极管光电接收器（APD）。信号处理器对两路光电接收器送出的模拟电信号进行逐点采集，将模拟信号转换为数字信号送给计算机进行数据处理、解调、定标，最终恢复出测温光纤上的温度信息。在温度解调处理过程中，反斯托克斯喇曼散射光作为测量温度信号通道，斯托克斯喇曼散射光作为测量温度参考通道。系统的测温表达式为：

    (1)                                    

（1）式中,为波耳兹曼常数，为普朗克常数, 为光纤声子的振动频率, 为测温点到入射端的光纤长度, 为光纤取样环到入射端的光纤长度,为处被测温度，为光纤取样环的温度，分别为斯托克斯喇曼散射光、反斯托克斯喇曼散射光的光纤传输损耗,、分别为温度为时处光纤取样环反斯托克斯、斯托克斯喇曼散射光子通量，、分别为处被测温度点反斯托克斯、斯托克斯喇曼散射光子通量。

假设高空间分辨率光纤测温带中光纤绕轮的绕圈直径为2厘米，相邻绕轮光纤的间距为1厘米，这样该高空间分辨率光纤测温带的空间分辨率就等于光纤绕轮的直径与相邻绕轮之间的间隔之和，为3厘米；高空间分辨率光纤测温带铺设在测温现场，如与其相接的分布式光纤拉曼温度传感器的最大测温光纤长度为2000米，原有空间分辨率为2米，则在高空间分辨率光纤测温带中的每个光纤绕轮应绕入不低于2米的测温光纤。

高空间分辨率光纤测温带中彼此间隔的光纤绕轮的个数1＜n＜2000米/2米，即光纤绕轮的可用最大个数应少于1千个，测温最大长度大致为：（光纤绕轮直径+相邻绕轮光纤的间距）×光纤绕轮个数≈30米。

目前市场中成熟的分布式光纤拉曼温度传感器的最大测温光纤长度可达20公里，最高空间分辨约为1米，若采用上述3厘米空间分辨率的高空间分辨率光纤测温带，最大可获约600米的测温长度。高空间分辨率光纤测温带实际上是通过将测温光纤绕圈，以牺牲测温长度为代价来就获得高空间分辨率的。在实际的厘米级高空间分辨率应用场合（如发动机舱、发电机内部温度分布检测）中，对测温长度一般要求不高，有几十米的测温长度一般就足够了。

该高空间分辨率光纤测温带结构简单，成本低，其结构对测温光纤有极好的保护，提高了系统的可靠性，上下覆压带的链式结构可方便测温带的弯曲，给不同测温现场的安装带来了方便。

Claims (4)

1.一种高空间分辨率的光纤测温带，其特征是包括上覆压链带（2），下覆压链带（5），彼此间隔的光纤绕轮（3）和测温光纤（4），测温光纤（4）环绕在彼此间隔的光纤绕轮（3）上，上覆压链带（2）和下覆压链带（5）分别覆压在光纤绕轮（3）的上下两面，并通过螺杆（6）和螺帽（1）与光纤绕轮（3）紧固。

2.根据权利要求1所述的一种高空间分辨率的光纤测温带，其特征是彼此间隔的光纤绕轮（3）的个数n， 1＜n＜A/B，A和B分别为与该高空间分辨率的光纤测温带连接使用的分布式光纤拉曼温度传感器系统的最大测温光纤长度和原有空间分辨率。

3.根据权利要求1所述的一种高空间分辨率的光纤测温带，其特征是测温光纤（4）为光通信用的多模光纤或单模光纤。

4.根据权利要求1所述的一种高空间分辨率的光纤测温带，其特征是上覆压链带（2）和下覆压链带（5）均为链式结构。