遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器和環形區域測溫裝置的製作方法
2023-05-28 02:09:36 2
專利名稱：遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器和環形區域測溫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及溫度傳感器，具體的說是一種測量精度高、生產成本低、準確可靠，特別適用於環形的溫度檢測應用環境的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器和環形區域測溫裝置。
背景技術：
分布式光纖溫度傳感器是近年來發展起來的一種用於實時測量空間溫度場的光纖傳感系統，該系統利用拉曼散射效應和OTDR技術實現對敏感光纖所處溫度場的分布式測量，與傳統的電溫度傳感器相比，光纖溫度傳感器具有靈敏度高、能夠抗電磁幹擾、重量輕、壽命長等優點，因此可以廣泛應用於電力電纜、地鐵隧道、煤礦巷道、石油儲罐以及大型 建築的溫度監控和火災報警中。雖然拉曼型分布式光纖溫度傳感器的研究已相對成熟，但仍存在不完善的問題，目前分布式光纖溫度傳感器的發展方向是長距離、高精度，而傳輸距離越長，需要泵浦光功率越高，而因為受激拉曼散射閾值隨泵浦光功率和傳輸距離的增加而減小，較高的泵浦光功率和較長的傳輸距離都極易導致受激拉曼散射的發生；分布式光纖溫度傳感器精度越高，也即需要的信噪比越大，信噪比增大一方面要求增加信號光功率，另一方面要求降低噪聲，而信號光功率的增大要求增加泵浦光功率，這樣容易導致受激拉曼散射的發生，而由於對受激拉曼散射信號進行溫度解調時會產生溫度畸變，進而造成分布式光纖溫度傳感器在進行中長距離的測溫施工時，存在測溫精度不高，測溫不準確等問題。為了解決該問題，現階段研究人員在中遠程光纖拉曼溫度傳感器的研製中多採用高峰值功率的脈衝器、脈衝編碼技術、雙光源技術等，導致傳感器的複雜度上升，成本高、開發周期長。
發明內容本實用新型針對現有技術中存在的缺點和不足，提出一種結構合理、測量精度高、生產成本低、準確可靠，特別適用於環形的溫度檢測應用環境的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器和環形區域測溫裝置。本實用新型可以通過以下措施達到—種遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器，包括脈衝光纖雷射器、I X 2耦合器、波分復用器、傳感光纖、光電接收模塊以及數據採集卡，脈衝光纖雷射器與數據採集卡相連接，其特徵在於設有兩條用於環形測溫的測溫光路，脈衝光纖雷射器發出的信號經I X 2耦合器分為兩路後，分別經兩條測溫光路中的波分復用器進入與波分復用器相連接的傳感光纖中，兩根傳感光纖的末端間距小於系統空間解析度的二分之一，每條光路中均設有一組分別用於接收背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，光電接收模塊的輸出端與數據採集卡的輸入端相連接。本實用新型中所述兩條測溫光路，每一條測溫光路均由波分復用器、與波分復用器相連接的一組分別用於接收傳感光纖中背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，以及與波分復用器輸出端相連接的傳感光纖組成。一種環形區域測溫裝置，包括工控機、光纖拉曼溫度傳感器，光纖拉曼溫度傳感器中的數據採集卡與工控機相連，數據採集卡將接收到的4路拉曼散射信號經USB總線上傳至工控機，其特徵在於所述光纖拉曼溫度傳感器採用上述遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器。本實用新型在工作時，脈衝光纖雷射器在數據採集卡的控制下輸出的雷射脈衝信號經1X2耦合器分成50 50的脈衝信號，分別進入兩條測溫光路的波分復用器的輸入端，並從波分復用器的com端進入傳感光纖，從傳感光纖散射回來的背向拉曼信號分別經波分復用器的不同波長的輸出埠輸出，並經相應的光電接收模塊獲取 後，進入數據採集卡，也即數據採集卡可以獲得環形測溫環境下的4路拉曼散射信號，由數據採集卡將4路拉曼散射信號傳給工控機。工控機分別計算兩路反斯託克斯光和斯託克斯光光電強度的比值，得出光纖各段的溫度信息，並根據光時域反射技術進行定位。工控機根據現場光纖的前後以及計算的各段溫度信息，將兩次溫度曲線合二為一構成一個環形光路，實現低成本、結構簡單的測溫傳感器，從而完成對環形測溫環境的溫度測量，在此過程中，數據採集卡所採集的測溫信息能夠克服傳統光纖測溫傳感器所面臨的測溫距離受限的困難，進而有效提高測溫準確度。本實用新型提供的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器採用1X2耦合器及環形光路結構實現對環形溫度監測環境的實時監測，無需對昂貴的器件以及脈衝編碼、雙端測量、雙光源乃至泵浦源等技術的依賴，通過對解析的兩條溫度曲線的融合實現了遠程分布式光纖拉曼溫度監測功能。本實用新型的傳感器具有光纖兩端指標優於中間指標的特點，相比於目前的其它遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器溫度指標與距離成反比具有優勢。
附圖I是本實用新型中環形區域測溫系統的結構示意圖。附圖2是本實用新型中光纖拉曼溫度傳感器的結構示意圖。附圖標記脈衝光纖雷射器1、1X2耦合器2、波分復用器3、波分復用器4、傳感光纖5、傳感光纖6、光電接收模塊7、光電接收模塊8、光電接收模塊9、光電接收模塊10、數據採集卡11、工控機12。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如附圖2所示，本實用新型提出了一種遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器，包括脈衝光纖雷射器1、1X2耦合器2、波分復用器、傳感光纖、光電接收模塊以及數據採集卡11，脈衝雷射器I與數據採集卡11相連接，其中設有兩條用於環形測溫的測溫光路，脈衝光纖雷射器I發出的信號經1X2耦合器2分為兩路後，分別經兩條測溫光路中的波分復用器即波分復用器3和波分復用器4進入與該波分復用器相連接的傳感光纖，即傳感光纖5和傳感光纖6中，兩根傳感光纖的末端間距小於系統空間解析度的一半,每條光路中均設有一組分別用於接收背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，如附圖2所示，則分別為光電接收模塊7、光電接收模塊8、光電接收模塊9以及光電接收模塊10，上述光電接收模塊的輸出端與數據採集卡11的輸入端相連接，其中兩條測溫光路，由波分復用器、與波分復用器相連接的一組分別用於接收傳感光纖中背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，以及與波分復用器輸出端相連接的傳感光纖組成。如附圖I所示，本實用新型還提出一種環形區域測溫裝置，包括工控機12以及光纖拉曼溫度傳感器，光纖拉曼溫度傳感器中的數據採集卡11與工控機12相連，數據採集卡11將接收到的4路拉曼散射信號經USB總線上傳至工控機12，其中所述光纖拉曼溫度傳感器採用上述遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器。實施例一種環形區域測溫裝置，如附圖I所示，包括脈衝光纖雷射器1，1X2耦合器2，波分復用器3、波分復用器4，2根傳感光纖分別為傳感光纖5、傳感光纖6，4個光電接收模塊，分別為光電接收模塊7、光電接收模塊8、光電接收模塊9、光電接收模塊10，數據採集卡11
以及工控機12,其中數據米集卡11的一路輸出端與脈衝光纖雷射器I的輸入端相連，脈衝光纖雷射器I輸出的1550nm脈衝光與1X2稱合器2的輸入端相連，1X2稱合器2的一路輸出端與波分復用器3的1550nm輸入端相連,波分復用器3的com輸出端與傳感光纖5相連，經傳感光纖5產生的背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號分從波分復用器3的1450nm和1660nm輸出埠輸出，且分別於光電接收模塊7，光電接收模塊9的輸入端相連，1X2稱合器2的另一路輸出端與波分復用器4的1550nm輸入端相連,波分復用器4的com輸出端與傳感光纖6相連，經傳感光纖6產生的背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號分從波分復用器4的1450nm和1660nm輸出埠輸出，且分別於光電接收模塊8，光電接收模塊10的輸入端相連，光電接收模塊7、光電接收模塊8、光電接收模塊9、光電接收模塊10的輸出端與數據採集卡11的輸入端相連，數據採集卡11的輸出端與工控機12相連,傳感光纖5的另一端與傳感光纖6的另一端靠近，間距應小於系統空間解析度的一半，其中所述脈衝光纖雷射器，中心波長為1550nm，脈衝寬度10ns，重複頻率ΙΟΚΗζ，峰值功率20W，所述1X2 f禹合器，中心波長1550nm,分光比為50 :50,插入損耗〈O. 7dB,所述的波分復用器由中心波長1450nm的背向拉曼反斯託克斯散射光寬帶濾波片、中心波長1660nm的背向拉曼斯託克斯散射光寬帶濾波片和Rayleigh散射光濾波片構成,所述的數據採集卡,採樣率為100MSPS，模擬輸入通道數為4，ADC精度為12bits。本實用新型提供的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器採用1X2耦合器及環形光路結構實現對環形溫度監測環境的實時監測，無需對昂貴的器件以及脈衝編碼、雙端測量、雙光源乃至泵浦源等技術的依賴，通過對解析的兩條溫度曲線的融合實現了遠程分布式光纖拉曼溫度監測功能。本實用新型的傳感器具有光纖兩端指標優於中間指標的特點，相比於目前的其它遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器溫度指標與距離成反比具有優勢。
權利要求1.一種遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器，包括脈衝光纖雷射器、1X2稱合器、波分復用器、傳感光纖、光電接收模塊以及數據採集卡，脈衝光纖雷射器與數據採集卡相連接，其特徵在於設有兩條用於環形測溫的測溫光路，脈衝光纖雷射器發出的信號經IX2耦合器分為兩路後，分別經兩條測溫光路中的波分復用器進入與波分復用器相連接的傳感光纖中，兩根傳感光纖的末端間距小於系統空間解析度的二分之一，每條光路中均設有一組分別用於接收背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，光電接收模塊的輸出端與數據採集卡的輸入端相連接。
2.根據權利要求I所述的一種遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器，其特徵在於所述兩條測溫光路，每一條測溫光路均由波分復用器、與波分復用器相連接的一組分別用於接收傳感光纖中背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，以及與波分復用器輸出端相連接的傳感光纖組成。
3.一種環形區域測溫裝置，包括工控機、光纖拉曼溫度傳感器，光纖拉曼溫度傳感器中的數據採集卡與工控機相連，數據採集卡將接收到的4路拉曼散射信號經USB總線上傳至 工控機，其特徵在於所述光纖拉曼溫度傳感器採用如權利要求2所述的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器。
4.根據權利要求3所述的一種環形區域測溫裝置，其特徵在於所述脈衝光纖雷射器，中心波長為1550nm，脈衝寬度10ns，重複頻率10kHz，峰值功率20W。
5.根據權利要求3所述的一種環形區域測溫裝置，其特徵在於所述1X2耦合器，中心波長1550nm，分光比為50 :50，插入損耗〈O. 7dB。
6.根據權利要求3所述的一種環形區域測溫裝置，其特徵在於所述的波分復用器由中心波長1450nm的背向拉曼反斯託克斯散射光寬帶濾波片、中心波長1660nm的背向拉曼斯託克斯散射光寬帶濾波片和Rayleigh散射光濾波片構成。
7.根據權利要求3所述的一種環形區域測溫裝置，其特徵在於所述的數據採集卡，採樣率為100MSPS，模擬輸入通道數為4，ADC精度為12bits。
專利摘要本實用新型涉及溫度傳感器，具體的說是一種特別適用於環形的溫度檢測應用環境的遠程分布式光纖拉曼溫度傳感器和環形區域測溫裝置，其特徵在於設有兩條用於環形測溫的測溫光路，脈衝光纖雷射器發出的信號經1×2耦合器分為兩路後，分別經兩條測溫光路中的波分復用器進入與波分復用器相連接的傳感光纖中，兩根傳感光纖的末端間距應小於系統空間解析度的一半，每條光路中均設有一組分別用於接收背向拉曼反斯託克斯和斯託克斯散射信號的光電接收模塊，光電接收模塊的輸出端與數據採集卡的輸入端相連接，本實用新型與現有技術相比，能夠顯著的提高測溫準確度。
文檔編號G01K11/32GK202770555SQ201220462979
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者李德和, 史振國, 劉偉 申請人:威海北洋電氣集團股份有限公司