CN207850397U - 线型双端主从结构传感器装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了线型双端主从结构传感器装置和系统，包括：主机设备、从机设备和远程通信模块，其中，从机设备包括探测激光器；主机设备，与远程通信模块相连接，用于通过远程通信模块向从机设备发送控制信息；从机设备，与远程通信模块相连接，用于根据控制信息对探测激光器的温度和电流进行控制调整。本实用新型可以在不牺牲空间分辨率、测量精度以及测量时间的前提下，能够显著增加有效测量距离，有效扩大了光纤布里渊光时域分析器的适用范围，能够很好地满足长距离架空线的在线监测需求。

Description

线型双端主从结构传感器装置和系统

技术领域

本实用新型涉及传感技术领域，尤其是涉及线型双端主从结构传感器装置和系统。

背景技术

布里渊光时域分析仪是利用泵浦光和探测光的相互作用实现分布式温度、应变传感的。为实现泵浦光和探测光的控制以及频率扫描，现有的布里渊光时域分析仪均将泵浦光源和探测激光器均设置于传感光纤的一侧，传感光纤采用U型往返配置(环路结构)。这样，泵浦光和探测光均需经历两倍于传感距离的光纤长度才能实现测量，具体而言，如果要实现50km的传感距离，则泵浦光和探测光需经历100km的光纤长度，这不仅浪费了泵浦光和探测光的能量以及测量时间，更关键的是受光纤非线性效应限制，随着光纤长度的增加，泵浦光的输入光功率受到限制，从而影响了传感器的测量精度。

综上所述，现有技术的问题主要体现在传感器测量精度受到泵浦光和探测光设置的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供线型双端主从结构传感器装置和系统，可以在不牺牲空间分辨率、测量精度以及测量时间的前提下，能够显著增加有效测量距离，有效扩大了光纤布里渊光时域分析器的适用范围，能够很好地满足长距离架空线的在线监测需求。

第一方面，本实用新型实施例提供了线型双端主从结构传感器装置，包括：主机设备、从机设备和远程通信模块，其中，所述从机设备包括探测激光器；

所述主机设备，与所述远程通信模块相连接，用于通过所述远程通信模块向所述从机设备发送控制信息；

所述从机设备，与所述远程通信模块相连接，用于根据所述控制信息对所述探测激光器的温度和电流进行控制调整。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述主机设备包括微波频率计、第一波分复用器、泵浦激光器、电光调制器、第一驱动电路、偏振控制模块；

所述第一驱动电路，与所述泵浦激光器相连接，用于控制所述泵浦激光器的光源温度和电流；

所述电光调制器，与所述泵浦激光器相连接，用于对所述泵浦激光器发出的激光进行脉冲调制；

所述偏振控制模块，与所述电光调制器相连接，用于对所述激光的偏振状态进行调整；

所述微波频率计，分别与所述泵浦激光器和所述第一波分复用器相连接，用于对所述探测激光器和所述泵浦激光器输出的连续光的频率进行测量。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述主机设备还包括光电探测器和高速数据采集模块，所述光电探测器分别与所述偏振控制模块和所述第一波分复用器相连接，所述高速数据采集模块与所述光电探测器相连接，用于接受第一远程通信控制模块的背向散射信号。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述主机设备还包括主机控制电路和所述第一远程通信控制模块，所述主机控制电路分别与所述第一驱动电路、所述高速数据采集模块和所述第一远程通信控制模块相连接，所述第一远程通信控制模块与所述远程通信模块相连接。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述主机设备还包括第一拉曼泵浦，所述第一拉曼泵浦与所述第一波分复用器相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述从机设备还包括第二驱动电路、第二远程通信控制模块和从机控制电路；

所述第二远程通信控制模块，与所述远程通信模块相连接，用于接收主机控制电路发送的所述控制信息，并将所述控制信息发送至所述从机控制电路；

所述第二驱动电路，与所述从机控制电路相连接，用于控制所述探测激光器的光源温度和电流。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述从机设备还包括第二波分复用器和第二拉曼泵浦，所述第二波分复用器分别与所述远程通信模块和所述第二拉曼泵浦相连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述远程通信模块包括通信光纤，所述通信光纤的一端与第一远程通信控制模块相连接，所述通信光纤的另一端与所述第二远程通信控制模块相连接。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述远程通信模块还包括传感光纤，所述传感光纤的一端与所述主机设备相连接，所述传感光纤的另一端与所述从机设备相连接。

第二方面，本实用新型实施例提供了线型双端主从结构传感器系统，包括如上所述的线型双端主从结构传感器装置，还包括设置在主机设备上的第一端口和设置在从机设备上的第二端口，所述第一端口与传感光纤的一端相连接，所述第二端口与所述传感光纤的另一端相连接。

本实用新型提供了线型双端主从结构传感器装置和系统，包括：主机设备、从机设备和远程通信模块，其中，从机设备包括探测激光器；主机设备，与远程通信模块相连接，用于通过远程通信模块向从机设备发送控制信息；从机设备，与远程通信模块相连接，用于根据控制信息对探测激光器的温度和电流进行控制调整。本实用新型可以在不牺牲空间分辨率、测量精度以及测量时间的前提下，能够显著增加有效测量距离，有效扩大了光纤布里渊光时域分析器的适用范围，能够很好地满足长距离架空线的在线监测需求。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的线型双端主从结构传感器装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的主机设备示意图；

图3为本实用新型实施例提供的从机设备示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一线型双端主从结构传感器装置示意图。

图标：

10-主机设备；11-微波频率计；12-第一波分复用器；13-泵浦激光器； 14-电光调制器；15-第一驱动电路；16-偏振控制模块；17-光电探测器；18- 高速数据采集模块；19-第一远程通信控制模块；20-远程通信模块；30-从机设备；31-探测激光器；32-第二驱动电路；33-第二远程通信控制模块； 34-第二波分复用器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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做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。

目前，现有的布里渊光时域分析仪均将泵浦光源和探测激光器均设置于传感光纤的一侧，传感光纤采用U型往返配置(环路结构)。这样，泵浦光和探测光均需经历两倍于传感距离的光纤长度才能实现测量，具体而言，如果要实现50km的传感距离，则泵浦光和探测光需经历100km的光纤长度，这不仅浪费了泵浦光和探测光的能量以及测量时间，更关键的是受光纤非线性效应限制，随着光纤长度的增加，泵浦光的输入光功率受到限制，从而影响了传感器的测量精度。基于此，本实用新型实施例提供的线型双端主从结构传感器装置和系统，可以在不牺牲空间分辨率、测量精度以及测量时间的前提下，能够显著增加有效测量距离，有效扩大了光纤布里渊光时域分析器的适用范围，能够很好地满足长距离架空线的在线监测需求。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的线型双端主从结构传感器装置进行详细介绍。

图1为本实用新型实施例提供的线型双端主从结构传感器装置示意图。

参照图1，线型双端主从结构传感器装置，包括：主机设备10、从机设备30和远程通信模块20，其中，从机设备30包括探测激光器31；

主机设备10，与远程通信模块20相连接，用于通过远程通信模块20 向从机设备30发送控制信息；

从机设备30，与远程通信模块20相连接，用于根据控制信息对探测激光器的温度和电流进行控制调整。

具体地，本实用新型实施例提供的线型双端主从结构传感器装置创新性地采用线型双端主从结构，即将传统布里渊光时域分析仪的U型环路结构打开，拆分为主机、从机两个设备，并且泵浦光源和探测光源分别置于长距离传感光纤的两端的主机设备和从机设备内。

进一步地，参照图2，主机设备10包括微波频率计11、第一波分复用器12、泵浦激光器13、电光调制器14、第一驱动电路15、偏振控制模块 16；

第一驱动电路15，与泵浦激光器13相连接，用于控制泵浦激光器13 的光源温度和电流；

电光调制器14，与泵浦激光器13相连接，用于对泵浦激光器13发出的激光进行脉冲调制；

偏振控制模块16，与电光调制器14相连接，用于对激光的偏振状态进行调整；

微波频率计11，分别与泵浦激光器13和第一波分复用器12相连接，用于对探测激光器和泵浦激光器输出的连续光的频率进行测量。

进一步地，主机设备10还包括光电探测器17和高速数据采集模块18，光电探测器17分别与偏振控制模块和第一波分复用器相连接，高速数据采集模块18与光电探测器17相连接，用于接受第一远程通信控制模块19的背向散射信号。

进一步地，主机设备10还包括主机控制电路和第一远程通信控制模块 19，主机控制电路分别与第一驱动电路、高速数据采集模块和第一远程通信控制模块相连接，第一远程通信控制模块19与远程通信模块20相连接。

进一步地，主机设备还包括第一拉曼泵浦，第一拉曼泵浦与第一波分复用器相连接。

进一步地，参照图3，从机设备30还包括第二驱动电路32、第二远程通信控制模块33和从机控制电路；

第二远程通信控制模块，与远程通信模块相连接，用于接收主机控制电路发送的控制信息，并将控制信息发送至从机控制电路；

第二驱动电路，与从机控制电路相连接，用于控制探测激光器的光源温度和电流。

具体地，主机设备主要模块包括泵浦光源、电光调制器EOM、偏振控制模块PS、光电探测器、高速数据采集模块、第一驱动电路、主机控制电路、第一远程通信控制模块、前向分布式拉曼泵浦，实现的功能有：微波频率计实现探测光源和泵浦光源输出的连续光的频率测量，光电探测器及高速数据采集模块接收传感光纤的背向散射信号，驱动电路实现泵浦光源的温度控制和电流调整，电光调制器EOM实现激光脉冲调制，偏振控制模块PS实现泵浦激光偏振状态的调整。

进一步地，从机设备30还包括第二波分复用器34和第二拉曼泵浦，第二波分复用器34分别与远程通信模块20和第二拉曼泵浦相连接。

具体地，从机设备主要模块包括探测光源，第二驱动电路、从机控制电路、第二远程通信控制模块、后向分布式拉曼泵浦，实现的功能有：第二驱动电路实现探测光源的温度控制和电流调整。主机设备和从机设备通过远程通信模块进行通信，实现对从设备的控制，远程通信模块可以单独采用一根光纤作为通信链路，若光纤资源比较紧张也可以采用波分复用的方式与传感光纤复用。通过线型双端主从结构，在不牺牲空间分辨率、测量精度以及测量时间的前提下，能够显著增加有效测量距离(可增加1倍)，最大测量距离可达100公里以上，从而有效扩大了光纤布里渊光时域分析器的适用范围，能够很好地满足长距离架空线的在线监测需求。

进一步地，远程通信模块20包括通信光纤，通信光纤的一端与第一远程通信控制模块19相连接，通信光纤的另一端与第二远程通信控制模块33 相连接。

进一步地，远程通信模块还包括传感光纤，传感光纤的一端与主机设备相连接，传感光纤的另一端与从机设备相连接。

具体地，本实用新型实施例中的硬件电路模块，主要用于控制光学系统中的有源光器件处于正常工作状态，系统需设计可调谐光源驱动电路、电光调制器驱动电路、偏振控制器驱动电路、信号放大电路、高速数据采集电路、微波频率探测电路等。可调谐光源驱动电路主要根据在一定的范围内激光器频率随工作温度与驱动电流变化成线性关系所设计，光源驱动先利用温度调谐方式使两光源频差在布里渊频移附近，约为10.86GHz，然后利用电流调谐方式细调光源频率，光源频率细调步长为2MHz/步。电光调制器驱动电路主要用于驱动电光调制器(EOM)，使之产生脉冲光。偏振控制电路根据电路偏振控制器(EPC)的特性，输出4路幅度相同，频率各异的正弦信号，用于驱动EPC，实现扰偏功能，降到系统偏振相关噪声。微波频率探测电路具有微波信号放大及频率计数功能，探测频率信号达到 14GHz。微波频率探测电路采用微波混频原理，精心选用高稳定度微波时钟源和混频器，实现微波探测。信号放大电路实现弱小电信号放大功能，宽带宽是信号完整的保证，设计中采用专用的高增益、宽带宽、低噪音运放，探测带宽达200MHz以上。高速数据采集电路完成信号数字量化过程(AD)，设计中采用了高速分时采样技术，采样速率不小于1000MSPS，采样精度 8bit。高速数据采集电路同时具有高精度硬加累加功能，最大累加平均次数大于10万次。

图4为本实用新型实施例提供的另一线型双端主从结构传感器装置示意图。

参照图4，线型双端主从结构传感器系统，包括如上所述的线型双端主从结构传感器装置，还包括设置在主机设备上的第一端口和设置在从机设备上的第二端口，第一端口与传感光纤的一端相连接，第二端口与所述传感光纤的另一端相连接。

本实用新型实施例提供的线型双端主从结构传感器系统，与上述实施例提供的线型双端主从结构传感器装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，包括：主机设备、从机设备和远程通信模块，其中，所述从机设备包括探测激光器；

所述主机设备，与所述远程通信模块相连接，用于通过所述远程通信模块向所述从机设备发送控制信息；

所述从机设备，与所述远程通信模块相连接，用于根据所述控制信息对所述探测激光器的温度和电流进行控制调整。

2.根据权利要求1所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述主机设备包括微波频率计、第一波分复用器、泵浦激光器、电光调制器、第一驱动电路、偏振控制模块；

所述第一驱动电路，与所述泵浦激光器相连接，用于控制所述泵浦激光器的光源温度和电流；

所述电光调制器，与所述泵浦激光器相连接，用于对所述泵浦激光器发出的激光进行脉冲调制；

所述偏振控制模块，与所述电光调制器相连接，用于对所述激光的偏振状态进行调整；

所述微波频率计，分别与所述泵浦激光器和所述第一波分复用器相连接，用于对所述探测激光器和所述泵浦激光器输出的连续光的频率进行测量。

3.根据权利要求2所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述主机设备还包括光电探测器和高速数据采集模块，所述光电探测器分别与所述偏振控制模块和所述第一波分复用器相连接，所述高速数据采集模块与所述光电探测器相连接，用于接受第一远程通信控制模块的背向散射信号。

4.根据权利要求3所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述主机设备还包括主机控制电路和所述第一远程通信控制模块，所述主机控制电路分别与所述第一驱动电路、所述高速数据采集模块和所述第一远程通信控制模块相连接，所述第一远程通信控制模块与所述远程通信模块相连接。

5.根据权利要求4所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述主机设备还包括第一拉曼泵浦，所述第一拉曼泵浦与所述第一波分复用器相连接。

6.根据权利要求1所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述从机设备还包括第二驱动电路、第二远程通信控制模块和从机控制电路；

所述第二远程通信控制模块，与所述远程通信模块相连接，用于接收主机控制电路发送的所述控制信息，并将所述控制信息发送至所述从机控制电路；

所述第二驱动电路，与所述从机控制电路相连接，用于控制所述探测激光器的光源温度和电流。

7.根据权利要求6所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述从机设备还包括第二波分复用器和第二拉曼泵浦，所述第二波分复用器分别与所述远程通信模块和所述第二拉曼泵浦相连接。

8.根据权利要求6所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述远程通信模块包括通信光纤，所述通信光纤的一端与第一远程通信控制模块相连接，所述通信光纤的另一端与所述第二远程通信控制模块相连接。

9.根据权利要求8所述的线型双端主从结构传感器装置，其特征在于，所述远程通信模块还包括传感光纤，所述传感光纤的一端与所述主机设备相连接，所述传感光纤的另一端与所述从机设备相连接。

10.一种线型双端主从结构传感器系统，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求9任一项所述的线型双端主从结构传感器装置，还包括设置在主机设备上的第一端口和设置在从机设备上的第二端口，所述第一端口与传感光纤的一端相连接，所述第二端口与所述传感光纤的另一端相连接。