CN204461643U - 一种光纤分布式温度传感器和光纤分布式测温系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及油田开采技术领域，为解决现有技术的光纤温度传感系统改变距离分辨率的过程复杂的技术问题，本实用新型提供一种光纤分布式温度传感器和光纤分布式测温系统，包括传感器载体、传感光纤和传输光纤；所述传感器载体上设置有光纤槽位，所述传感光纤环绕设置于所述光纤槽位内；所述传输光纤的一端与所述传感光纤相连，所述传输光纤的另一端用于与测温硬件系统相连。本申请的光纤分布式温度传感器能够实现灵活的对距离分辨率进行调节，调节过程简单，可靠性高，并且能够具有较高的距离分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田开采技术领域，尤其涉及一种光纤分布式温度传感器和光纤分布式测温系统。
背景技术
传统温度传感器的工作方式通常是点式的，只能测试一小部分区域，分布式光纤温度传感系统以光缆作为传感器，能够连续实时测温，是一种经济有效的测温方法。目前为止，在很多应用领域中，光纤温度传感系统已经替代以热电偶为基础的测温系统，被广泛应用在油气管道、电力系统和自动化控制中，其具有灵敏度高，抗电磁干扰，本质安全，重量轻，寿命长，可靠性高等优点。
从原理上说，光纤分布式传感器利用自发拉曼散射效应和OTDR(OpticalTime Domain Reflectomete，光时域反射)技术对光纤所处的温度场进行测量。分布式测温系统首先向光纤中注入高能脉冲激光，并产生两束反向传输的不同频率的拉曼光，分别是波长较长、频率较小的斯托克斯光，以及波长较短、频率较大的反斯托克斯光。反斯托克斯光强往往小于斯托克斯光强。反斯托克斯光对温度敏感性要比斯托克斯光高数个数量级。为了消除激光器光功率以及其他系统误差，经常采用被检测点的反斯托克斯光功率和斯托克斯光功率的比值来计算温度。用注入脉冲光和收到反射光的时间差来计算被检测点的距离。
在现有的拉曼式光纤温度传感系统中，距离分辨率大概是1米量级，对于更小距离上的温度变化无法分辨，为提高距离分辨率，通常采用改善测温硬件系统和算法的方式，但由于测温硬件系统和算法的复杂度高，因此，提高距离分辨率的过程也相应的十分复杂，并且可靠性低。
实用新型内容
本实用新型通过提供一种光纤分布式温度传感器和光纤分布式测温系统，解决了现有技术的光纤温度传感系统改变距离分辨率的过程复杂的技术问题。
本实用新型实施例提供了一种光纤分布式温度传感器，包括传感器载体、传感光纤和传输光纤；
所述传感器载体上设置有光纤槽位，所述传感光纤环绕设置于所述光纤槽位内；
所述传输光纤的一端与所述传感光纤相连，所述传输光纤的另一端用于与测温硬件系统相连。
优选的，所述光纤槽位为环绕式光纤槽位。
优选的，所述环绕式光纤槽位中各槽位之间的间距相同。
优选的，所述环绕式光纤槽位包括具有第一环绕密度的第一组槽位和具有第二环绕密度的第二组槽位，其中，所述第一环绕密度与所述第二环绕密度不同。
优选的，还包括光纤耦合器，所述传输光纤通过所述光纤耦合器与所述传感光纤相连。
优选的，在设置有所述传感光纤的所述传感器载体的外部覆盖有热传导层。
优选的，所述传感器载体为柱体。
优选的，所述传感器载体为圆柱体或椭圆柱体。
优选的，所述传感光纤为抗弯曲光纤。
基于同一构思，本实用新型实施例还提供一种光纤分布式测温系统，包括如上所述的光纤分布式温度传感器，以及测温硬件系统，其中，所述光纤分布式温度传感器与所述测温硬件系统相连。
本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过在传感器载体上设置光纤槽位，将传感光纤环绕设置于所述光纤槽位上，利用传输光纤能够将传感光纤与测温硬件系统相连，传感光纤在与检测环境达到热平衡后，产生相应的拉曼光，传输光纤将采集到的来自传感光纤的温度信号传输给测温硬件系统，从而完成检测环境温度的测量，通过调节传感光纤在传感器载体上的环绕密度，能够对距离分辨率进行调节，环绕密度越小，则距离分辨率越高，本申请的光纤分布式温度传感器能够实现灵活的对距离分辨率进行调节，调节过程简单，可靠性高，并且能够具有较高的距离分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中光纤分布式温度传感器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中传感器载体1为椭圆柱体的光纤分布式传感器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中具有不同距离分辨率的光纤分布式温度传感器的结构示意图。
其中，1为传感器载体，2为传感光纤，3为传输光纤。
具体实施方式
为了解决现有技术的光纤温度传感系统改变距离分辨率的过程复杂的技术问题，本实用新型实施例提供了一种光纤分布式温度传感器和光纤分布式测温系统，通过调节传感光纤在传感器载体上的环绕密度，能够对距离分辨率进行调节，环绕密度越小，则距离分辨率越高，本申请的光纤分布式温度传感器能够实现灵活的对距离分辨率进行调节，调节过程简单，可靠性高，并且能够具有较高的距离分辨率。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本申请提供一种光纤分布式温度传感器，应用于油气管道中。如图1所示，包括传感器载体1、传感光纤2和传输光纤3。
其中，传感器载体1上设置有光纤槽位，传感光纤2环绕设置于光纤槽位内。传输光纤3的一端与传感光纤2相连，传输光纤3的另一端用于与测温硬件系统相连。传感光纤2在与检测环境达到热平衡后，产生相应的拉曼光，传输光纤3将采集到的来自传感光纤2的温度信号传输给测温硬件系统，从而完成检测环境温度的测量。测温硬件系统为根据自发拉曼散射来测温的系统。通过调节传感光纤2在传感器载体1上的环绕密度，能够对距离分辨率进行调节，环绕密度越小，则距离分辨率越高。
在本申请中，传感器载体1为柱体，其中，传感器载体1可以为圆柱体，还可以为椭圆柱体，根据实际需要，本领域普通技术人员还可以将传感器载体1制作成其他形状。另外，传感器载体1的长度可以为几十米，也可以为几百米，在需要时，设置达到几公里。传感器载体1可以为刚性材料，也可以为弹性材料。传感光纤2可以为常规的通信光纤，也可以为特种光纤，可以为单模光纤，也可以为多模光纤。
在本申请中，传感光纤2和传感器载体1的曲率配合，但，为防止曲率过大，导致传感光纤2的光波导作用降低，传感光纤2采用抗弯曲光纤。
在本申请的一种优选的实施例中，光纤槽位为环绕式光纤槽位，环绕式光纤槽位与环绕设置的传感光纤一一对应。在一种实施方式中，环绕式光纤槽位中各槽位之间的间距相同。在另一种实施例方式中，为满足不同的距离分辨率，环绕式光纤槽位包括具有第一环绕密的第一组槽位R1和具有第二环绕密度的第二组槽位R2，第一环绕密度和第二环绕密度不同。从而，对应设置于第一组槽位R1中的传感光纤2具有第一距离分辨率，对应设置于第二组槽位R2中的传感光纤2具有第二距离分辨率，第一距离分辨率与第二距离分辨率不同。本申请通过对环绕密度进行调节能够实现对距离分辨率的调节。环绕密度越大，则距离分辨率越低，反之，环绕密度越小，则距离分辨率越高。
在本申请中，光纤分布式温度传感器还包括光纤耦合器，传输光纤3通过光纤耦合器与传感光纤2相连。
本申请在布设有传感光纤2的传感器载体1的外部覆盖有热传导层，用于热传导，另外，也可以设置抗磨损层，用于抗磨损。
在本申请中，传感光纤2和传感器载体1的曲率配合，但，为防止曲率过大，导致传感光纤2的光波导作用降低，传感光纤2采用抗弯曲光纤。
基于同一构思，本申请实施例还提供一种光纤分布式测温系统，包括如上所述的光纤分布式温度传感器，以及测温硬件系统，其中，光纤分布式温度传感器与测温硬件系统相连。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通过在传感器载体上设置光纤槽位，将传感光纤环绕设置于所述光纤槽位上，利用传输光纤能够将传感光纤与测温硬件系统相连，传感光纤在与检测环境达到热平衡后，产生相应的拉曼光，传输光纤将采集到的来自传感光纤的温度信号传输给测温硬件系统，从而完成检测环境温度的测量，通过调节传感光纤在传感器载体上的环绕密度，能够对距离分辨率进行调节，环绕密度越小，则距离分辨率越高，本申请的光纤分布式温度传感器能够实现灵活的对距离分辨率进行调节，调节过程简单，可靠性高，并且能够具有较高的距离分辨率。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种光纤分布式温度传感器，其特征在于，包括传感器载体、传感光纤和传输光纤；
所述传感器载体上设置有光纤槽位，所述传感光纤环绕设置于所述光纤槽位内；
所述传输光纤的一端与所述传感光纤相连，所述传输光纤的另一端用于与测温硬件系统相连。
2.如权利要求1所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述光纤槽位为环绕式光纤槽位。
3.如权利要求2所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述环绕式光纤槽位中各槽位之间的间距相同。
4.如权利要求2所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述环绕式光纤槽位包括具有第一环绕密度的第一组槽位和具有第二环绕密度的第二组槽位，其中，所述第一环绕密度与所述第二环绕密度不同。
5.如权利要求1所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，还包括光纤耦合器，所述传输光纤通过所述光纤耦合器与所述传感光纤相连。
6.如权利要求1所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，在设置有所述传感光纤的所述传感器载体的外部覆盖有热传导层。
7.如权利要求1所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述传感器载体为柱体。
8.如权利要求7所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述传感器载体为圆柱体或椭圆柱体。
9.如权利要求1所述的光纤分布式温度传感器，其特征在于，所述传感光纤为抗弯曲光纤。
10.一种光纤分布式测温系统，其特征在于，包括：如权利要求1-9中任一权利要求所述的光纤分布式温度传感器，以及测温硬件系统，其中，所述光纤分布式温度传感器与所述测温硬件系统相连。
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| CN109632136A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-04-16 | 杭州线感光电技术有限公司 | 一种超高空间分辨率的分布式光纤测温方法 |
| CN110455437A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-15 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 基于光纤温度分布测试仪的太阳能电池板温度监测系统及布设监测方法 |
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