CN205352573U - 一种实时校准的分布式光纤测温系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种实时校准的分布式光纤测温系统，包括开关电源1、分光器2、光纤Bragg光栅解调仪3、铠装多模光纤4、阵列传感器光纤5、雪崩光电二极管6、信号放大模块7、高速采集卡模块8、通讯接口转换模块9、数据处理模块10、脉冲激光二极管11。本实用新型通过实时读取光纤Bragg光栅解调仪3解调出阵列传感器光纤5的标定温度，并利用该标定温度对分布式光纤测温系统进行实时校准，消除因标定温度的误差而引起的标定系数不精确所造成的测量误差影响，提高装置的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于光电测量技术领域，尤其涉及一种实时校准的分布式光纤测温系统。
背景技术
分布式光纤测温系统是一种新兴的线型火灾探测系统，它利用自发拉曼散射效应以及光时域技术获得光纤沿线各点的实时温度信息，该装置不仅可以实时测量温度的大小，还可以精确定位热点位置，可以实现长距离大范围测量，有施工简单、安全可靠、精度高、定位准确，适用于易燃易爆、强电磁干扰的环境等优点。分布式光纤测温系统的应用场合均属于重大关键基础设施，对温度测量准确性的要求较高，且需要保持长期的稳定性。目前，分布式光纤测温系统已经被广泛应用于公路交通隧道、高压电缆沟、输煤皮带、油井、煤矿、大坝等领域。
传统的分布式光纤测温传感系统多由脉冲激光源、分光器、恒温槽、测温光纤、APD放大器、控制板、高速数据采集卡和计算机组成。在解调过程中，分布式光纤测温系统是通过将一段长度为数十米或者数百米的参考光纤置于恒温槽中，以该段光纤作为基准，根据传感光纤背向散射的反斯托克斯信号与斯托克斯信号的强度之比，并将恒温槽中的恒定温度带入得到标定系数，利用标定系数解调出光纤沿线各点的温度信息。
然而，由于光电器件受温度影响或者随时间逐步老化、恒温槽温度误差等因素的影响，会导致温度标定系数变化，从而造成测量误差。如果不采取必要措施，分布式光纤测温系统的温度测量将会出现误差，难以满足工业环境长期在线高精度的测量要求。
申请号为201220589677.X，授权公告号为CN202886015U的实用新型公开了一种实时校准的分布式光纤测温装置，包括脉冲激光源、分光器、探测器、参考光纤盒、校准光纤盒、测量光纤盒电路模块，参考光纤盒的温度处于低温区，校准光纤盒的温度处于高温区，利用校准光纤盒的实测温度和计算温度对分布式光纤测温装置进行实时校准。由于该实用新型的温度标定采用两点法标定，因此对温度条件存在严格的要求，需要增设加热装置和恒温控制装置，增加了成本，并且在一定程度上增加了误差，难以满足现代工业在线测量简便、准确的需求。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种实时校准的分布式光纤测温系统。所述分布式光纤测温系统有效地避免了因光电器件受温度影响或者随时间逐步老化、恒温槽温度误差等因素导致温度标定系数变化而造成的测量误差，满足了工业环境长期在线高精度的测量要求。
本实用新型的技术方案如下：一种实时校准的分布式光纤测温系统，包括开关电源1、分光器2、光纤Bragg光栅解调仪3、铠装多模光纤4、阵列传感器光纤5、雪崩光电二极管6、信号放大模块7、高速采集卡模块8、通讯接口转换模块9、数据处理模块10、脉冲激光二极管11，脉冲激光二极管11的输出端与分光器2的输入端相连，分光器2的第一输出端依次与铠装多模光纤4相连，分光器2的第二输出端和第三输出端与雪崩光电二极管6的输入端相连，雪崩光电二极管6的输出端与信号放大模块7的输入端相连，信号放大模块7的输出端与高速采集卡模块8的输入端相连，高速采集卡模块8的输出端与通讯接口转换模块9的输入端相连，通讯接口转换模块9的输出端与数据处理模块10相连接，光纤Bragg光栅解调仪3与阵列传感器光纤5相连进行标定温度解调，光纤Bragg光栅解调仪3与数据处理模块10连接进行解调信息的处理并对温度进行校准，铠装多模光纤4与分布式光纤测温系统连接得到温度场的光纤分布，铠装多模光纤4布设在隧道内。
本实用新型的工作原理为:脉冲激光二极管11发出激光脉冲，经分光器2后沿铠装多模光纤4向前传输，激光脉冲与铠装多模光纤4的光纤分子相互作用，产生多种微弱的背向散射，包括包括瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动，产生温度不敏感的斯托克斯(Stokes)光和温度敏感的反斯托克斯(Anti-Stokes)光，两者的波长不一样，经分光器2分离后由高灵敏的雪崩光电二极管6所探测。光纤中Anti-Stokes光强受外界温度调制，Anti-Stokes与Stokes的光强比值准确反映了温度信息；不同位置的拉曼散射信号返回雪崩光电二极管6的时间是不一样的，通过测量该回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置；结合高速信号采集与数据处理技术，可准确、快速地获得整根传感光纤上任一点的温度分布信息。
本实用新型使用光纤bragg光栅解调仪解调出阵列传感器光纤5的实时温度作为标定温度，将标定温度的精确度达到0.5℃，相比传统使用恒温油槽做标定的准确度有很大的提高，消除因标定温度的误差而引起的标定系数不精确所造成的测量误差影响，提高装置的测量精度。
所述分光器2用于分离光纤背向散射信号，优选1×3拉曼WDM分光器，其中输入端为1550nm光透射，第一输出端为公共端，第二输出端为1450nm光透射，第三输出端为1660nm光透射。
所述脉冲激光二极管11具有稳定的单模工作模式及纳秒级脉冲输出、峰值功率高。
所述通讯接口转换模块9可以选用模数转换器，即A/D转换器。
所述雪崩光电二极管6，用于探测微弱的反斯托克斯信号和斯托克斯信号。雪崩光电二极管APD具有较高的灵敏度，且响应时间特别快，频带带宽可达100GHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。
所述铠装多模光纤4，为了增加背向散射强度，纤芯优选62.5/125μm的通信多模光纤，62.5表示光纤纤芯的直径(单位μm)，125表示包层直径(单位μm)。既能快速传递外界热量，又可有效保护光缆内部的光纤，还能防止啮齿动物的啮咬，尤其适合工业消防监测应用及工程施工需求。
本实用新型所述的数据处理模块10与上位机的相互通信接口为USB通信方式。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型利用光纤Bragg光栅解调仪3对陈列传感器光纤5的实时温度进行标定，使标定温度的准确度得到了很大的提高，消除因标定温度的误差而引起的标定系数不精确所造成的测量误差影响，提高装置的测量精度。同时进行实时校准，以消除因光电器件受温度影响或者随时间逐步老化、恒温槽温度误差等因素导致温度标定系数变化而造成的测量误差。
附图说明
图1是本实用新型提供的分布式光纤测温系统的结构示意图；
图中标记：1-开关电源、2-分光器、3-光纤Bragg光栅解调仪、4-铠装多模光纤、5-阵列传感器光纤、6-雪崩光电二极管、7-信号放大模块、8-高速采集卡模块、9-通讯接口转换模块、10-数据处理模块、11-脉冲激光二极管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，所述实时校准的分布式光纤测温系统，包括开关电源1、分光器2、光纤Bragg光栅解调仪3、铠装多模光纤4、阵列传感器光纤5、雪崩光电二极管6、信号放大模块7、高速采集卡模块8、通讯接口转换模块9、数据处理模块10、脉冲激光二极管11。脉冲激光二极管11的输出端与分光器2的输入端相连，分光器2的第一输出端依次与铠装多模光纤4相连，分光器2的第二输出端和第三输出端与雪崩光电二极管6的输入端相连，雪崩光电二极管6的输出端与信号放大模块7的输入端相连，信号放大模块7的输出端与高速采集卡模块8的输入端相连，高速采集卡模块8的输出端与通讯接口转换模块9的输入端相连，通讯接口转换模块9的输出端与数据处理模块10相连接，光纤Bragg光栅解调仪3与阵列传感器光纤5相连进行标定温度解调，光纤Bragg光栅解调仪3与数据处理模块10连接进行解调信息的处理并对温度进行校准，铠装多模光纤4与分布式光纤测温系统连接得到温度场的光纤分布，铠装多模光纤4布设在隧道内。
在本实施例中，所述分光器2用于分离光纤背向散射信号，选用1×3拉曼WDM分光器，其中输入端为1550nm光透射，第一输出端为公共端，第二输出端为1450nm光透射，第三输出端为1660nm光透射。
在本实施例中，所述脉冲激光二极管11具有稳定的单模工作模式及纳秒级脉冲输出、峰值功率高。
在本实施例中，所述通讯接口转换模块9选用模数转换器，即A/D转换器。
在本实施例中，所述雪崩光电二极管6，用于探测微弱的反斯托克斯信号和斯托克斯信号。
在本实施例中，所述铠装多模光纤4，为了增加背向散射强度，纤芯选用62.5/125μm通信多模光纤。
在本实施例中，所述数据处理模块10与上位机的相互通信接口为USB通信方式。
所述测温系统的工作过程为：打开开关电源1，启动分布式光纤测温系统；脉冲激光二极管11发出激光脉冲，经过分光器2后由第一输出端进入铠装多模光纤4向前传输，激光脉冲与铠装多模光纤4的光纤分子相互作用，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，返回分光器2；经分光器2分离后，分别由第二输出端和第三输出端进入雪崩光电二极管6检测；雪崩光电二极管6所发出的信号在信号放大模块7放大后被高速采集板模块8收集，并经通讯接口转换模块9将信号传送给数据处理模块10，进行信号的处理分析，得到测量光纤各个位置的实时温度，并按以下校准方法进行实时校准。
Claims (6)
1.一种实时校准的分布式光纤测温系统，包括开关电源(1)、分光器(2)、光纤Bragg光栅解调仪(3)、铠装多模光纤(4)、阵列传感器光纤(5)、雪崩光电二极管(6)、信号放大模块(7)、高速采集卡模块(8)、通讯接口转换模块(9)、数据处理模块(10)、脉冲激光二极管(11)，脉冲激光二极管(11)的输出端与分光器(2)的输入端相连，分光器(2)的第一输出端依次与铠装多模光纤(4)相连，分光器(2)的第二输出端和第三输出端与雪崩光电二极管(6)的输入端相连，雪崩光电二极管(6)的输出端与信号放大模块(7)的输入端相连，信号放大模块(7)的输出端与高速采集卡模块(8)的输入端相连，高速采集卡模块(8)的输出端与通讯接口转换模块(9)的输入端相连，通讯接口转换模块(9)的输出端与数据处理模块(10)相连接，其特征在于：光纤Bragg光栅解调仪(3)与阵列传感器光纤(5)相连进行标定温度解调，光纤Bragg光栅解调仪(3)与数据处理模块(10)连接进行解调信息的处理并对温度进行校准。
2.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于：所述分光器(2)为1×3拉曼WDM分光器，输入端为1550nm光透射，第一输出端为公共端，第二输出端为1450nm光透射，第三输出端为1660nm光透射。
3.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于：所述通讯接口转换模块(9)为A/D转换器。
4.如权利要求1所述的分布式光纤测温系统，其特征在于：所述铠装多模光纤(4)的纤芯为62.5/125μm通信多模光纤。
5.如权利要求1-4任一所述的分布式光纤测温系统，其特征在于：所述数据处理模块(10)与上位机的相互通信接口为USB通信方式。
6.如权利要求1-4任一所述的分布式光纤测温系统，其特征在于：所述铠装多模光纤(4)布设在隧道内。
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| CN201620112307.5U CN205352573U (zh) | 2016-02-04 | 2016-02-04 | 一种实时校准的分布式光纤测温系统 |
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| CN107830808A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-03-23 | 中国计量大学 | 一种高低温环境光栅位移传感器的校准方法及装置 |
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| CN107830808B (zh) * | 2017-12-01 | 2023-10-10 | 中国计量大学 | 一种高低温环境光栅位移传感器的校准方法及装置 |
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