CN204128711U - 分布式高精度光纤温度监测网络系统 - Google Patents

Abstract

分布式高精度光纤温度监测网络系统，属于温度测量系统技术领域，为了解决现有光纤温度传感系统为单根光纤的分布式传感，未能形成网络系统的问题，其包括脉冲光纤激光器和多条分布式光纤传感线路；所述每条分布式光纤传感线路由光纤耦合器、传感光纤、波分复用器、第一光探测器、第二光探测器以及信号处理和高速数据采集定位单元组成；脉冲光纤激光器与光纤耦合器连接，光纤耦合器与传感光纤连接，传感光纤上分布着多个温度监测点；耦合器与波分复用器连接，波分复用器连接第一光探测器，波分复用器还连接第二光探测器的输入端；第一光探测器、第二光探测器的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元连接；可用于大型建筑工程温度监测。

Description

分布式高精度光纤温度监测网络系统

技术领域

本实用新型涉及一种分布式高精度光纤温度监测网络系统，属于温度测量系统技术领域。

背景技术

智能电网安全在线监测能够有效地避免电缆火灾等事故的发生，其中温度在线监测是防止电缆火灾，保证电缆系统安全运行的重要手段；水电大型工程等基础设施也需对温度进行测量，以此来了解和判断建筑物施工和运营时的健康状态；随着高铁及城市轨道交通建设的飞速发展，为保障轨道安全，必须进行实时温度监测；输油管道温度监测能有效防止爆炸，保证石油运输安全。

传统温度测量中使用的电子传感器、红外传感器等，其测量精度低、响应速度慢、易受电磁干扰、安全性差、测量距离短，不能满足可靠监测需求。

光纤传感器是光纤传感技术、自动测量技术和智能仪表技术相结合的产物，测量信号的载体是光波，对被测环境干扰小；光纤的材质石英抗电磁干扰且避免电火花，特别是其传感头不带电，适用于恶劣环境的检测；光纤损耗低，可以实现现场与监控中心的远距离隔离，又易于形成网络化管理。光纤传感具有测量精度高、动态范围大、灵敏度高、防爆、抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、体积小、维护要求低等特性，且其具有快速的响应能力。因此，采用光纤传感器作为温度测量系统具有无可比拟的优越性。

现有技术采用的光纤温度传感系统为单根光纤的分布式传感，未能形成网络系统，限制了在智能电网、工程等大型基础设施中的应用。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术采用的光纤温度传感系统为单根光纤的分布式传感，未能形成网络系统，限制了在智能电网、工程等大型基础设施中的应用的问题，利用拉曼型分布式光纤传感器原理，提出一种分布式高精度光纤温度监测网络系统。

本实用新型采用如下技术方案：

分布式高精度光纤温度监测网络系统，其包括脉冲光纤激光器和多条分布式光纤传感线路；所述每条分布式光纤传感线路由光纤耦合器、传感光纤、波分复用器、第一光探测器、第二光探测器以及信号处理和高速数据采集定位单元组成；脉冲光纤激光器与光纤耦合器的输入端口a通过通信光纤连接，光纤耦合器的第二端b与传感光纤通过通信光纤连接，传感光纤上分布着多个温度监测点；耦合器的第三端c通过通信光纤与波分复用器的第一端d连接，波分复用器的第二端e通过通信光纤连接第一光探测器的输入端，波分复用器的第三端f通过通信光纤连接第二光探测器的输入端；第一光探测器、第二光探测器的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元的两端口g、h通过通信光纤连接。

所述的脉冲激光器采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上。

所述的传感光纤为多模光纤。

所述的第一光探测器和第二光探测器都采用雪崩光电二极管。

本实用新型的有益效果是，脉冲光纤激光器1是光纤温度传感器的信号源，产生的脉冲激光通过各光纤耦合器2进入分布着多个温度测量点31、32…3N的各传感光纤3中，产生受激拉曼散射效应，生成的反斯托克斯光信号对温度敏感，形成光调制、非调制光和调制光波长不同，能够对传感光纤3上的多个传感点31、32…3N进行温度监测。使用时，各传感光纤的传感点紧密粘贴在各个监测点，以监测其温度，通过波分复用器解复用后分别经光探测器变成电信号，再统一通过归一化测量算法数据处理和光时域反射定位，实时显示温度。

本实用新型所述的分布式高精度光纤温度监测网络系统实现了实时监测传感点温度，该高精度、多点分布式光纤温度监测网络系统，不仅具有安全防爆、安装简便、测量精确、灵敏度高等优点，更可根据限位随时改变放置位置。

本实用新型利用光纤受激拉曼散射效应对温度变化的敏感性构建系统，提高测量精度，减小测量误差；一套系统可同时监测一根光纤上的多点温度变化情况，其精度高、不受电磁干扰、可远程安全地测量智能电网中多个活动触头和接头的温度参数，保证了智能电网的安全性，也可用于轨道交通、大型建筑工程及输油管线等重要位置的实时温度监测等。

附图说明

图1是分布式高精度光纤温度监测网络系统的结构示意图。

图2是基于受激拉曼散射效应测温原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，分布式高精度光纤温度监测网络系统，其包括脉冲光纤激光器1和多条分布式光纤传感线路。本实用新型以两条分布式光纤传感线路为例，每条分布式光纤传感线路包括光纤耦合器2、传感光纤3、波分复用器4、第一光探测器5、第二光探测器6及信号处理和高速数据采集定位单元7。

脉冲激光器1采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上，脉冲光纤激光器1输出稳定的脉冲激光作为传感系统优质信号源，同时与两个光纤耦合器2的输入端口a端通过通信光纤连接。光纤耦合器2的b端与传感光纤3通过通信光纤连接，传感光纤3为多模光纤，传感光纤3上分布着多个温度监测点31、32、…、3N，可同时监测多点温度变化情况，使用时，各传感光纤3的温度监测点紧密粘贴在各个监测点，以监测其温度。大功率窄脉宽激光脉冲入射到传感光纤3后，激光与光纤结构分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，包括温度不敏感的斯托克斯光和温度敏感的反斯托克斯光，两种背向散射光反射回光纤耦合器2。

耦合器2的c端通过通信光纤与波分复用器4的d端连接，波分复用器4的e端通过通信光纤连接第一光探测器5的输入端，波分复用器4的f端通过通信光纤连接第二光探测器6的输入端。第一光探测器5、第二光探测器6采用雪崩光电二极管(APD)，灵敏度高，提高了温度测量的精度和距离。波长不同的两种背向散射光经波分复用器4分离后分别由两个光探测器探测，两探测器将探测的光信号转成电信号传输给信号处理和高速数据采集定位单元7，信号处理和高速数据采集定位单元7根据两者的光强比值计算出温度。

传感测量点位置的确定采用光时域反射技术，利用高速数据采集测量，第一光探测器5和第二光探测器6的另一端即输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元7的端口g和h通过通信光纤连接，处理经波分复用器4分离后的两种光即斯托克斯光和反斯托克斯光；高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤监测位置。信号处理与高速数据采集定位单元7具有信号处理和高速数据采集定位功能，可采用现有技术实现，其通过高增益、宽带宽的低噪声功率放大器实现对微弱信号的检测，再利用高速数据采集卡和高速A/D模块进行数据采集处理，并采用高速数据采集软件，实现信号的高速采集并解调信号的传感信息，使得能实时显示温度及温度变化。高速数据采集定位采用了光是域反射原理，对传感点进行定位，提高了定位精度和信息处理的准确性。

图2为受激拉曼散射效应测温原理示意图。脉冲激光进入光纤3中，与光纤结构分子相互作用，产生受激拉曼散射效应，生成极其微弱的背向散射光，其中温度不敏感的斯托克斯光为非调制光，而对温度敏感的反斯托克斯光形成光调制，非调制光和调制光波长不同，对称分布在拉曼泵浦光两侧，背向散射光通过波分复用器4解复用后分别经第一光探测器5和第二光探测器6变成电信号，两个光探测器再将电信号传输给信号处理与高速数据采集定位单元7，通过归一化测量算法对数据进行处理，传感光纤3上分布多个温度监测点31、32…3N，监测多点温度，利用光时域反射原理进行高速数据采集定位，并实时显示多点温度变化及其位置。

Claims (4)

1.分布式高精度光纤温度监测网络系统，其特征是，其包括脉冲光纤激光器(1)和多条分布式光纤传感线路，所述每条分布式光纤传感线路由光纤耦合器(2)、传感光纤(3)、波分复用器(4)、第一光探测器(5)、第二光探测器(6)以及信号处理和高速数据采集定位单元(7)组成；脉冲光纤激光器(1)与光纤耦合器(2)的输入端口a通过通信光纤连接，光纤耦合器(2)的第二端b与传感光纤(3)通过通信光纤连接，传感光纤(3)上分布着多个温度监测点；耦合器(2)的第三端c通过通信光纤与波分复用器(4)的第一端d连接，波分复用器(4)的第二端e通过通信光纤连接第一光探测器(5)的输入端，波分复用器(4)的第三端f通过通信光纤连接第二光探测器(6)的输入端；第一光探测器(5)、第二光探测器(6)的输出端分别与信号处理和高速数据采集定位单元(7)的两端口g、h通过通信光纤连接。

2.如权利要求1所述的分布式高精度光纤温度监测网络系统，其特征是，所述的脉冲激光器(1)采用大功率脉冲光纤激光器，输出功率10W以上。

3.如权利要求1所述的分布式高精度光纤温度监测网络系统，其特征是，所述的传感光纤(3)为多模光纤。

4.如权利要求1所述的分布式高精度光纤温度监测网络系统，其特征是：所述的第一光探测器(5)和第二光探测器(6)都采用雪崩光电二极管。