CN214748522U - 一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，包括包括激光器、掺铒光纤放大器、波分复用器、校准光纤盒、光开关、传感光缆、双通道APD、多级放大电路、采集卡、处理中心和驱动电路；所述激光器依次连接掺铒光纤放大器、波分复用器、校准光纤盒、光开关和传感光缆，所述波分复用器依次连接双通道APD、多级放大电路、采集卡和处理中心，所述采集卡连接驱动电路，所述驱动电路连接激光器，所述处理中心分别连接校准光纤盒和光开关；本实用新型可以很好的对处在不同温度下的传感光缆进行定标，同时还可以消除反斯托克斯光和斯托克斯光光电转换和多级放大的放大系数不同造成的温度漂移。

Description

一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统

技术领域

本实用新型属于光纤传感系统技术领域，具体涉及一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统。

背景技术

拉曼光时域反射计(R-OTDR)是利用光时域反射计(OTDR)技术与光纤拉曼散射效应相结合的一种分布式温度传感技术，当一个探测光脉冲射入光纤后，在沿光纤传输过程中不断产生后向拉曼散射光。通过探测光纤沿线拉曼散射光强度的变化，即可获取光纤沿线的温度场信息。

目前对于拉曼光时域反射计测温系统的温度解调方法是将整条传感光缆置于某一恒定温度下，采集此时整条传感光缆两路散射光强度的比值并保存，然后通过实时探测传感光缆两路散射光强度的比值，通过计算就可以解调出传感光缆沿线的温度分布。这种解调方法的优点是可以消除光纤上熔接点等损耗大点的影响，但是缺点是两路后向散射光的光电探测器和多级电放大的放大倍数不一致，而且这种不一致会随环境温度变化而变化，从而会对整条传感光缆的解调温度引入一个温度漂移；另外在应用前需要将整条传感光缆置于相对稳定的环境温度下测量比值曲线并存储，这对于新铺设传感光缆的应用场景是没问题的，但是对于已经铺设好传感光缆，并且传感光缆各段所处环境温度不同的应用场景就不适用了。为此，本发明提出一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的不足，发明一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，包括激光器、掺铒光纤放大器、波分复用器、校准光纤盒、光开关、传感光缆、双通道APD、多级放大电路、采集卡、处理中心和驱动电路；所述激光器依次连接掺铒光纤放大器、波分复用器、校准光纤盒、光开关和传感光缆，所述波分复用器依次连接双通道APD、多级放大电路、采集卡和处理中心，所述采集卡连接驱动电路，所述驱动电路连接激光器，所述处理中心分别连接校准光纤盒和光开关。

进一步地，还包括n个定标点和m个温度探测器，其中n＝m≥2；所述定标点设置在传感光缆上并连接温度探测器，所述温度探测器连接处理中心；所述设置的最左端的定标点和温度探测器以及设置的最右端的定标点和温度探测器分别靠近传感光缆的两端。

进一步地，所述波分复用器包含COM端口、1450光端口、1550光端口和1660光端口；所述的COM端口连接光开关，所述的1550光端口连接掺铒光纤放大器，所述的1450光端口和1660光端口分别与双通道APD连接。

进一步地，所述校准光纤盒包含校准光纤和温度传感器；所述校准光纤分别与波分复用器和光开关连接；所述温度传感器设置在校准光纤上，并与处理中心连接。

进一步地，所述采集卡包含数据采集卡和AD转换电路；所述AD转换电路分别连接数据采集卡和多级放大电路，所述数据采集卡分别连接处理中心和驱动电路。

进一步地，所述采集卡通过驱动电路驱动激光器产生激光脉冲信号，所述激光脉冲信号经过掺铒光纤放大器放大后，依次经过波分复用器、校准光纤盒和光开关，入射至传感光缆产生后向拉曼散射光，所述后向拉曼散射光依次经传感光缆、光开关和校准光纤盒，入射至波分复用器滤波分离出反斯托克斯光和斯托克斯光，所述反斯托克斯光和斯托克斯光经过双通道APD和多级放大电路进行光电转换和多级放大后，传输至采集卡进行模数转换、平均降噪和数据采集，所述采集卡将采集的反斯托克斯光和斯托克斯光的数字信号发送至处理中心进行计算，所述处理中心还负责控制光开关进行通道切换实现多通道传感。

本实用新型的有益效果：

1、可有效改善现有技术中传感光缆上损耗大、点的温度偏差或传感光缆远端解调温度偏差大的问题；

2、可以很好的对处在不同温度下的传感光缆进行定标，同时还可以可有效消除反斯托克斯光和斯托克斯光增益系数不一致导致整体温度漂移问题；

3、进一步降低系统的硬件成本，提高长期稳定度。

附图说明

图1为本实用新型一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统的系统结构图；图中：1—激光器、2—掺铒光纤放大器、3—波分复用器、4—校准光纤盒、41—温度传感器、5—光开关、6—传感光缆、7—双通道APD、8—多级放大电路、9—采集卡、10—处理中心、11—驱动电路；

图2为本实用新型一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统的温度解调方法流程图；

图3为本实用新型一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统通过定标点测温，在定标温度T₀时，拟合得到反斯托克斯光和斯托克斯光的数字信号比值曲线示意图；

图4为本实用新型一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统的最终解调出的温度曲线示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，包括激光器1、掺铒光纤放大器2、波分复用器3、校准光纤盒4、光开关5、传感光缆6、双通道APD7、多级放大电路8、采集卡9、处理中心10、驱动电路11、n个定标点和m个温度探测计；所述波分复用器3包含COM端口、1450光端口、1550光端口和1660光端口；所述校准光纤盒4包含校准光纤和温度传感器41，所述采集卡9包含数据采集卡和AD转换电路；

所述数据采集卡9通过驱动电路11驱动激光器1输出波长为1550.12nm的激光脉冲信号入射到波分复用器3的1550nm光端口，然后从波分复用器3的COM口入射到校准光纤，其中所述校准光纤上设置温度传感器41，用于实时测量校准光纤的温度，并将校准光纤的温度传输到处理中心10；

所述激光脉冲信号依次经过校准光纤和光开关5后，入射至传感光缆6产生后向拉曼散射光，其中，所述传感光缆6为以铺设好的传感光缆6，在以铺设好的传感光缆6上设置n个定标点和m个温度探测器，其中n＝m≥2，所述设置的最左端的定标点和温度探测器以及设置的最右端的定标点和温度探测器分别靠近传感光缆的两端，所述温度探测器用于探测定标点所在传感光缆6的温度，并将传感光缆6的温度通过无线方式传输到处理中心10；

所述后向拉曼散射光依次经传感光缆6、光开关5和校准光纤，入射至波分复用器3的COM口，所述后向拉曼散射经波分复用器3滤波后，分别从波分复用器的1660光端口和1450光端口输出斯托克斯光和反斯托克斯光到双通道APD7，所述双通道APD7将斯托克斯光和反斯托克斯光进行光电转换后，输出至多级放大电路8进行多级放大，再通过AD转换电路进行模数转换输出至数据采集卡进行平均降噪和数据采集，所述数据采集卡将采集的反斯托克斯光和斯托克斯光的数字信号传输至处理中心10利用温度解调算法解调出传感光缆6沿线各点的温度T，所述处理中心10还负责控制光开关5进行通道切换实现多通道传感。

实施例2

一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，包括激光器1、掺铒光纤放大器2、波分复用器3、校准光纤盒4、光开关5、传感光缆6、双通道APD7、多级放大电路8、采集卡9、处理中心10和驱动电路11；所述波分复用器3包含COM端口、1450光端口、1550光端口和1660光端口；所述校准光纤盒4包含校准光纤和温度传感器41，所述采集卡9包含数据采集卡和AD转换电路；

所述数据采集卡9通过驱动电路11驱动激光器1输出波长为1550.12nm的激光脉冲信号入射到波分复用器3的1550nm光端口，然后从波分复用器3的COM口入射到校准光纤，其中所述校准光纤上实时测量校准光纤上设置温度传感器41用于实时测量校准光纤的温度，并将校准光纤的温度传输到处理中心10；

所述激光脉冲信号依次经过校准光纤和光开关5后，入射至传感光缆6产生后向拉曼散射光，其中，所述传感光缆6前端设置温度探测器，所述温度探测器用于探测传感光缆6的温度，并将传感光缆6的温度通过无线方式传输到处理中心10；

所述后向拉曼散射光依次经传感光缆6、光开关5和校准光纤，入射至波分复用器3的COM口，所述后向拉曼散射经波分复用器3滤波后，分别从波分复用器的1660光端口和1450光端口输出斯托克斯光和反斯托克斯光到双通道APD7，所述双通道APD7将斯托克斯光和反斯托克斯光进行光电转换后，输出至多级放大电路8进行多级放大，再通过AD转换电路进行模数转换输出至数据采集卡进行平均降噪和数据采集，所述数据采集卡将采集的反斯托克斯光和斯托克斯光的数字信号传输至处理中心10利用温度解调算法解调出传感光缆6沿线各点的温度T，所述处理中心10还负责控制光开关5进行通道切换实现多通道传感。

上述实施例涉及硬件具体型号如下：

所述激光器采用波长为1550.12nm,带宽为2.5GHz，峰值功率为10dBm的DFB激光器；

所述掺铒光纤放大器采用自研的掺铒光纤放大器；

所述波分复用器采用4端口多模波分复用器；

所述校准光纤盒采用为自研校准光纤盒；

所述光开关采用多模1X4光开关；

所述传感光缆采用62.5/125多模光缆；

所述温度探测器采用薄膜铂热敏电阻；

所述双通道APD采用自研双通道APD模块；

所述数据采集卡采用自研双通道100MHz数据采集卡；

所述处理中心采用研华工控机。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，包括激光器(1)、掺铒光纤放大器(2)、波分复用器(3)、校准光纤盒(4)、光开关(5)、传感光缆(6)、双通道APD(7)、多级放大电路(8)、采集卡(9)、处理中心(10)和驱动电路(11)；所述激光器(1)依次连接掺铒光纤放大器(2)、波分复用器(3)、校准光纤盒(4)、光开关(5)和传感光缆(6)，所述波分复用器(3)依次连接双通道APD(7)、多级放大电路(8)、采集卡(9)和处理中心(10)，所述采集卡(9)连接驱动电路(11)，所述驱动电路(11)连接激光器(1)，所述处理中心(10)分别连接校准光纤盒(4)和光开关(5)。

2.根据权利要求1所述一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，还包括n个定标点和m个温度探测器，其中n＝m≥2；所述定标点设置在传感光缆(6)上并连接温度探测器，所述温度探测器连接处理中心(10)；所述设置的最左端的定标点和温度探测器以及设置的最右端的定标点和温度探测器分别靠近传感光缆(6)的两端。

3.根据权利要求1所述一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，所述波分复用器(3)包含COM端口、1450光端口、1550光端口和1660光端口；所述的COM端口连接光开关(5)，所述的1550光端口连接掺铒光纤放大器(2)，所述的1450光端口和1660光端口分别连接双通道APD(7)连接。

4.根据权利要求1所述一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，所述校准光纤盒(4)包含校准光纤和温度传感器(41)；所述校准光纤分别与波分复用器(3)和光开关(5)连接；所述温度传感器(41)设置在校准光纤上，并与处理中心(10)连接。

5.根据权利要求1所述一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，所述采集卡(9)包含数据采集卡和AD转换电路；所述AD转换电路分别连接数据采集卡和多级放大电路(8)，所述数据采集卡分别连接处理中心(10)和驱动电路(11)。

6.根据权利要求1所述一种光纤温度传感的拉曼光时域反射计解调系统，其特征在于，所述采集卡(9)通过驱动电路(11)驱动激光器(1)产生激光脉冲信号，所述激光脉冲信号经过掺铒光纤放大器(2)放大后，依次经过波分复用器(3)、校准光纤盒(4)和光开关(5)，入射至传感光缆(6)产生后向拉曼散射光，所述后向拉曼散射光依次经传感光缆(6)、光开关(5)和校准光纤盒(4)，入射至波分复用器(3)滤波分离出反斯托克斯光和斯托克斯光，所述反斯托克斯光和斯托克斯光经过双通道APD(7)和多级放大电路(8)进行光电转换和多级放大后，传输至采集卡(9)进行模数转换、平均降噪和数据采集，所述采集卡(9)将采集的反斯托克斯光和斯托克斯光的数字信号发送至处理中心(10)进行计算，所述处理中心(10)还负责控制光开关(5)进行通道切换实现多通道传感。

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