CN211717662U - 一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，所述脉冲光源的输出端与所述掺饵光纤放大器A的输入端连接，所述掺饵光纤放大器A的输出端与所述光纤光栅滤波器的输入端连接，所述扫描光源的输出端与所述掺饵光纤放大器B的输入端连接，所述掺饵光纤放大器B的输出端与所述C波段滤波器的输入端连接。本实用新型将分布式光纤传感技术和点式光纤传感技术进行结合，可以实现分布式光纤传感的长距离监测，并利用点式光纤传感技术进行温度的校准，保证分布式单模拉曼装置可以长时间精准测温。

Description

一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置

技术领域

本实用新型涉及一种测温装置，具体是一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置。

背景技术

分布式光纤温度传感技术，就是利用光纤测量沿光纤走向几十公里连续空间的温度场分布情况。虽然分布式光纤温度传感技术可以测量长距离光纤的温度分布，但是其温度测量不是很精准，而且也会随着测量时间的积累，其温度测量有累积误差。点式温度传感器，只能测试一小部分区域内的温度状态，其不适用于长距离温度分布的监测，但是点式温度传感器测温精度高。

随着基础设施智能化监测的普及，海缆、通信光缆和高压电缆等都会利用一芯单模光纤对线缆进行温度测试，以监测其运行过程中的状态。常规的分布式单模光纤测温装置，都会存在随着监测时间的积累，其测温精准度会下降。尤其是在光缆的尾端，温度会改变比较剧烈。所以需要一种可以定期对温度进行校准的分布式单模拉曼测温装置，以保证设备长期运行，其温度监测不会有累积误差，不会产生误报警。

目前分布式单模拉曼精准测温装置的专利有，在2018年1月26日申请的、申请号为201810077167.6的中国专利“一种基于单模光纤拉曼散射效应的分布式光纤测温装置”。和在2019年2月27日申请的，申请号为201910144287.8的中国专利“一种分布式单模光纤超长距离拉曼测温传感器”。但是目前的分布式单模拉曼测温装置，都没有对温度进行自校准的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，包括脉冲光源，其特征在于，脉冲光源的输出端与掺饵光纤放大器A的输入端连接，掺饵光纤放大器A的输出端与光纤光栅滤波器的输入端连接，扫描光源的输出端与掺饵光纤放大器B的输入端连接，掺饵光纤放大器B的输出端与C波段滤波器的输入端连接，C波段滤波器的输出端与99:1耦合器的输入端连接，将扫描光分成两路，光纤光栅滤波器的输出端与光开关A的输入端口连接，99:1 耦合器耦合比为99％输出端与光开关A的输入端口连接，用光开关A对脉冲光和扫描光进行切换，光开关A的输出端与环形器连接，将脉冲光或者扫描光注入到光纤中，环形器还与参考光纤的输入端连接，参考光纤的中间位置光刻光纤光栅传感器A，参考光纤放置于保温盒子中，参考光纤输出端与测量光纤的输入端连接，测量光纤的开始位置和截止位置附近分别光刻光纤光栅传感器B和光纤光栅传感器C，环形器还与光开关B的输入端连接，将反射回的脉冲光经过光开关B输出，将反射回的扫描光经过光开关B输出，99:1耦合器耦合比为1％输出端与光学标准具的输入端连接，光学标准具的输出端与光电探测器A的输入端连接，光开关B与光电探测器B的输入端口连接，光电探测器A的输出端口和光电探测器B的输出端口，分别与双通道的采集卡连接，光开关B与50：50耦合器的输入端口连接，50：50耦合器的一个输出端口与1450nm波分复用器的输入端口连接，50：50耦合器的另一个输出端口与1663nm波分复用器的输入端口连接，1450nm波分复用器的输出端口与1450nm滤波器的输入端口连接，1663nm的波分复用器的输出端口与1663nm滤波器的输入端口连接，1450nm滤波器的输出端口和1663nm滤波器的输出端口分别与双路雪崩二极管光电探测器的输入端口连接，双路雪崩二极管光电探测器的输出端口，分别与双通道采集卡B的输入端连接，双通道采集卡A和双通道采集卡B与计算机通过网线连接，双通道采集卡B与光开关A和光开关B连接。

作为本实用新型的进一步方案：所述光开关A采用多通道的光开关。

作为本实用新型的进一步方案：所述光开关B采用多通道的光开关。

作为本实用新型的进一步方案：所述光纤光栅传感器B和光纤光栅传感器C的位置可以互换。

作为本实用新型的进一步方案：所述光纤光栅传感器B和光纤光栅传感器C的数量为1个或多个。

作为本实用新型的进一步方案：所述测量光纤的首尾光刻光纤光栅。

作为本实用新型的进一步方案：所述光开关A和光开关B的控制通过所述计算机用串口进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，可以实现长距离精准测温。每次温度校准精度可以达到0.1℃。2、自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，可以保证长时间温度测量，测温的准确性。3、自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，将分布式光纤传感系统可以测量长距离的温度分布和点式测温传感器的精准测温两个系统，选取其优势，并有效融合。4、自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，由于光纤光栅解调系统重复频率为2.5kHz,每次校准时间较短，不影响分布式单模拉曼的测量时间。

附图说明

图1为本实用新型的方框图。

图中：脉冲光源-1、掺饵光纤放大器A-2、光纤光栅滤波器-3、扫描光源-4、掺饵光纤放大器B-5、C波段滤波器-6、99:1耦合器-7、光开关A-8、环形器-9、保温盒子-10、光纤光栅传感器A-11、光纤光栅传感器B-12、光纤光栅传感器C-13、参考光纤-14、测量光纤-15、光开关B-16、光学标准具-17、光电探测器A-18、光电探测器B-19、双通道采集卡A-20、50:50耦合器-21、1450nm波分复用器-22、1663nm波分复用器-23、1450nm滤波器-24、1663nm 滤波器-25、双路雪崩二极管光电探测器-26、双通道采集卡B-27、计算机-28。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

实施例1：请参阅图1，本实用新型实施例中，一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，包括脉冲光源1、掺饵光纤放大器A2、光纤光栅滤波器3、扫描光源4、掺饵光纤放大器B5、C波段滤波器6、99:1耦合器7、光开关A8、环形器9、保温盒子10、光纤光栅传感器A11、光纤光栅传感器B12、光纤光栅传感器C13、参考光纤14、测量光纤15、光开关B16、光学标准具17、光电探测器A18、光电探测器B19、双通道采集卡 A20、50:50耦合器21、1450nm波分复用器22、1663nm波分复用器23、1450nm滤波器 24、1663nm滤波器25、双路雪崩二极管光电探测器26、双通道采集卡B27、计算机28。

所述脉冲光源1的输出端与所述掺饵光纤放大器A2的输入端连接，用于将脉冲光进行放大。

所述掺饵光纤放大器A2的输出端与所述光纤光栅滤波器3的输入端连接，用于滤除滤波器带宽外的噪声，以提高信噪比。

所述扫描光源4的输出端与所述掺饵光纤放大器B5的输入端连接，用于将扫描光进行放大。

所述掺饵光纤放大器B5的输出端与所述C波段滤波器6的输入端连接，用于将扫描光限制在1520-1570之间。

所述C波段滤波器6的输出端与所述99:1耦合器7的输入端连接，将扫描光分成两路。

所述光纤光栅滤波器3的输出端与所述光开关A8的输入端口1(图中上方线路连接处) 连接，所述99:1耦合器7耦合比为99％输出端与所述光开关A8的输入端口2(图中下方线路连接处)连接。用光开关A8对脉冲光和扫描光进行切换。

所述光开关A8的输出端与所述环形器9的1端口(图中左侧)连接，将脉冲光或者扫描光注入到光纤中。

所述环形器9的2端口(图中右侧)与所述参考光纤14的输入端连接，所述参考光纤14的中间位置光刻所述光纤光栅传感器A11，用于校准设备内的参考光纤的温度。所述参考光纤放置于所述保温盒子10中。

所述参考光纤14输出端与测量光纤15的输入端连接，所述测量光纤15的开始位置和截止位置附近分别光刻所述光纤光栅传感器B12和所述光纤光栅传感器C13。

所述环形器9的3端口(图中下侧)与所述光开关B16的输入端连接，将反射回的脉冲光经过所述光开关B16的1端口输出，将反射回的扫描光经过所述光开关B16的2端口输出。

所述99:1耦合器7耦合比为1％输出端与所述光学标准具17的输入端连接，用于产生标准光谱进行波长解算参照。

所述光学标准具17的输出端与所述光电探测器A18的输入端连接，对标准光谱进行光电转化。

所述光开关B16的2号输出端口与所述光电探测器B19的输入端口连接，对测量到的光纤光栅光谱进行光电转化。

所述光电探测器A18的输出端口和所述光电探测器B19的输出端口，分别于所述双通道的采集卡20连接，将数据进行采集和预处理。

所述光开关B16的1号输出端口与所述50:50耦合器21的输入端口连接，将测到的拉曼背向散射光分成两路。

所述50:50耦合器21的一个输出端口与所述1450nm波分复用器22的输入端口连接，所述50:50耦合器21的另一个输出端口与所述1663nm波分复用器23的输入端口连接。用于将1450nm和1663nm波长的光给选频出来。

所述1450nm的波分复用器22的反射端口打小圈，将所述1450nm的波分复用器22的输出端口与所述1450nm滤波器24的输入端口连接，用于对1450nm波长拉曼反斯托克斯光提高信噪比。

所述1663nm的波分复用器23的反射端口打小圈，将所述1663nm的波分复用器23的输出端口与所述1663nm滤波器25的输入端口连接，用于对1663nm波长拉曼斯托克斯光提高信噪比。

所述1450nm滤波器24的输出端口和所述1663nm滤波器25的输出端口分别与双路雪崩二极管光电探测器26的输入端口连接，进行较弱信号的光电转化。

所述双路雪崩二极管光电探测器26的输出端口，分别与所述两通道采集卡227的输入端连接，用于两路电信号的采集。

所述两通道采集卡120和所述两通道采集卡227与所述计算机28通过网线连接，用于两个采集卡同步控制，数据的传输和数据的解算。

所述两通道采集卡227与所述光开关A8和所述光开关B16连接，用于控制两个光开关的同步切换。当光开关A8的输入1端口通过脉冲光时，光开关B16的输出1端口通过背向散射拉曼光。当光开关A8的输入2端口通过扫描光时，光开关B16的输出2端口通过光纤光栅反射回的光。

实施例2：在实施例1的基础上：所述的光开关A8和光开关B16可以采用多通道的光开关。这样该系统就可以实现多通道的测量。

实施例3：在实施例1的基础上：所述光纤光栅传感器B12和光纤光栅传感器C13的位置可以更改，也可以增多，这样校准测量光缆的温度会更准确。

实施例4：在实施例1的基础上：所述需要在测量光纤15的首尾光刻光纤光栅，在实际操作中，可以将选用双端的光纤光栅传感器进行熔接到测量光纤上。

实施例5：在实施例1的基础上：所述光开关A8和光开关B16的控制，可以通过所述计算机用串口进行控制。

实施例5：在实施例1的基础上：所述50：50耦合器21将反射回的拉曼背向散射光等分，这样会降低光强度。先去掉所述50：50耦合器21，将所述1450nm的波分复用器 22的输入端与所述的光开关B的1号输出端连接，将所述1450nm的波分复用器22的反射端口与1663nm的波分复用器23输入端口连接，这样光强度得到提升，可以起到提高信噪比的作用。

本实用新型的测温步骤具体如下：

步骤一、脉冲光源的光进入到掺铒光纤放大器1中进行放大。步骤二、将放大的脉冲光经过光纤光栅滤波器进行带宽外噪声滤波。步骤三、扫描光源的光进入到掺铒光纤放大器2中进行放大。步骤四、将放大的扫描光经过C波段滤波器，将扫描光限制在1520-1570之间。步骤五、通过光开关A，对脉冲光和扫描光进行切换，某一个时刻只有一种光通过。步骤六、再通过环形器的第1输出端口进入参考光纤中。步骤七、在参考光纤中间位置光刻光纤光栅传感器A，用于校准设备内的参考光纤的温度。步骤八、参考光纤的光注入到测量光纤中。步骤九、在测量光纤的首尾光刻光纤光栅传感器B和光纤光栅传感器C，用于校准测量光纤的温度。步骤九、背向的拉曼散射信号或者光纤光栅反射回的光通过环形器的第2端口输入，通过第3端口进行输出。步骤十、通过光开关B将背向的拉曼散射信号和光纤光栅反射回的光进行切换。步骤十一、99：1耦合器耦合比1％的光经过光学标准具，得到标准光谱。步骤十二、标准光谱经过光电探测器A，进行光电转化。步骤十三、光纤光栅反射回的光经过光电探测器B，进行光电转化。步骤十四、通过双通道采集卡A，对两通道的数据进行采集。步骤十五、通过50：50耦合器将背向拉曼散射光功率等分。步骤十六、通过1450nm光纤波分复用器和1663nm光纤波分复用器，将斯托克斯光和反斯托克斯光进行分离。步骤十七、通过1450nm滤波器和1663nm滤波器分别进行滤波。步骤十八、用双路雪崩二极管光电探测器将光信号转化成电信号。步骤十九、通过双通道采集卡，进行信号的采集。步骤二十、通过网线将双通道采集卡A和双通道采集卡B采集到的数据传输到计算机中进行数据的处理。步骤十一、通过双通道采集卡B，对光开关A 和光开关B进行同步切换控制。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，包括脉冲光源(1)，其特征在于，脉冲光源(1)的输出端与掺饵光纤放大器A(2)的输入端连接，掺饵光纤放大器A(2)的输出端与光纤光栅滤波器(3)的输入端连接，扫描光源(4)的输出端与掺饵光纤放大器B(5)的输入端连接，掺饵光纤放大器B(5)的输出端与C波段滤波器(6)的输入端连接，C波段滤波器(6)的输出端与99:1耦合器(7)的输入端连接，将扫描光分成两路，光纤光栅滤波器(3)的输出端与光开关A(8)的输入端口连接，99:1耦合器(7)耦合比为99％输出端与光开关A(8)的输入端口连接，用光开关A(8)对脉冲光和扫描光进行切换，光开关A(8)的输出端与环形器(9)连接，将脉冲光或者扫描光注入到光纤中，环形器(9)还与参考光纤(14)的输入端连接，参考光纤(14)的中间位置光刻光纤光栅传感器A(11)，参考光纤放置于保温盒子(10)中，参考光纤(14)输出端与测量光纤(15)的输入端连接，测量光纤(15)的开始位置和截止位置附近分别光刻光纤光栅传感器B(12)和光纤光栅传感器C(13)，环形器(9)还与光开关B(16)的输入端连接，将反射回的脉冲光经过光开关B(16)输出，将反射回的扫描光经过光开关B(16)输出，99:1耦合器(7)耦合比为1％输出端与光学标准具(17)的输入端连接，光学标准具(17)的输出端与光电探测器A(18)的输入端连接，光开关B(16)与光电探测器B(19)的输入端口连接，光电探测器A(18)的输出端口和光电探测器B(19)的输出端口，分别与双通道采集卡A(20)连接，光开关B(16)与50：50耦合器(21)的输入端口连接，50：50耦合器(21)的一个输出端口与1450nm波分复用器(22)的输入端口连接，50：50耦合器(21)的另一个输出端口与1663nm波分复用器(23)的输入端口连接，1450nm波分复用器(22)的输出端口与1450nm滤波器(24)的输入端口连接，1663nm的波分复用器(23)的输出端口与1663nm滤波器(25)的输入端口连接，1450nm滤波器(24)的输出端口和1663nm滤波器(25)的输出端口分别与双路雪崩二极管光电探测器(26)的输入端口连接，双路雪崩二极管光电探测器(26)的输出端口，分别与双通道采集卡B(27)的输入端连接，双通道采集卡A(20)和双通道采集卡B(27)与计算机(28)通过网线连接，双通道采集卡B(27)与光开关A(8)和光开关B(16)连接。

2.根据权利要求1所述的一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，其特征在于，所述光开关A(8)采用多通道的光开关。

3.根据权利要求1所述的一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，其特征在于，所述光开关B(16)采用多通道的光开关。

4.根据权利要求1所述的一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，其特征在于，所述测量光纤(15)的首尾光刻光纤光栅。

5.根据权利要求2所述的一种自校准功能的分布式单模拉曼精准测温装置，其特征在于，所述光开关A(8)和光开关B(16)的控制通过所述计算机用串口进行控制。

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