脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置的製作方法
2023-05-02 09:31:01
專利名稱：脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖溫度傳感器，具體的說是一種結構合理，且能夠有效提高測溫精度的脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置。
背景技術：
在分布式光纖傳感器中，利用光纖自發拉曼散射光強收溫度調製的原理和光時域反射原理組成的分布式光纖拉曼溫度傳感器，具有廣闊的應用市場。它可以在線實時預報現場的溫度及其變化的趨勢，設置報警溫度對現場溫度變化進行監測，是一種本質安全型的線型感溫探測器，已成功應用於石油石化、電力及港口等領域。目前，大多採用斯託克斯與反斯託克斯的比值來解調溫度，但由於斯託克斯與反斯託克斯波長不同，測溫光纖的損耗不同，在解調時因彎曲等非線性損耗造成測溫誤差，降低了測溫精度，需要解決因波長損耗而引入的測溫誤差。雖然引入反射鏡的方案可以較好解決波長損耗差異，但因其自身原因導致系統的信噪比下降，同樣降低了系統的測溫精度。張在宣於2011年提出《光纖拉曼頻移器雙波長脈衝編碼光源自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器》(中國專利CN201110226344.0 )，採用主副兩套雷射器來解決測溫的校正問題，但額外需要一套雷射器、一路ADP監測及放大通道。
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、操作簡便，設備連接複雜度低，測溫精度高的脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置。本實用新型可以通過以下措施達到一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，包括濾波片、光電接收及放大模塊、數據採集卡，以及依次相連接的脈衝編碼驅動器、脈衝雷射器、放大器、光纖波分復用器、傳感光纖，其中光纖波分復用器的反射光信號輸出端與濾波片輸入端相連接，濾波片輸出端與光電接收及放大模塊相連接，光電接收及放大模塊的輸出端與數據採集卡的輸入端相連接，其特徵在於數據採集卡內還設有編碼生成模塊，編碼生成模塊的輸出端與脈衝編碼驅動器的輸入端相連接，所述傳感光纖為單模光纖，單模光纖的始端與光纖波分復用器的com輸出端相連接，單模光纖的末端與反射鏡相連接。本實用新型中所述脈衝雷射器採用脈衝編碼半導體DFB雷射器，中心波長為1550nm，譜寬為0. lnm，功率為10mW，所述放大器為摻餌光纖放大器，其工作波長為1550±10nm，輸入功率範圍l_15mW，輸出功率範圍為2-15W，所述光纖波分復用器設有com輸出端，1550nm輸入端以及1450nm輸出端，其中摻鉺光纖放大器的輸出端與光纖波分復用器的1550nm輸入端相連接,光電接收及放大模塊與光纖波分復用器的1450nm輸出端相連接。本實用新型中所述的反射鏡對1550nm及1450nm的光信號的反射率> 99%，反射鏡熔焊在傳感光纖的末端。[0010]本實用新型中所述濾波片的中心波長1450nm，光譜帶寬為28nm，透過率98%，對1550nm光信號的隔離度>45dB。本實用新型還提出一種脈衝編碼自校正分布式光纖測溫裝置，包括光纖溫度傳感器以及工控機，其特徵在於所述的光纖溫度傳感器為上述脈衝編碼自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器。本實用新型數據採集卡內的編碼生成模塊生成格雷編碼，並將其送入脈衝編碼驅動器，在使用時，脈衝編碼半導體DFB雷射器在脈衝編碼驅動器的控制下重複輸出4組格雷編碼雷射脈衝信號，該雷射編碼脈衝信號經摻鉺光纖放大器放大後輸出高功率的雷射編碼脈衝，高功率的雷射編碼脈衝信號通過光纖波分復用器進入傳感光纖，並經位於傳感光纖尾端的反射鏡反射後，獲得反斯託克斯拉曼背向散射信號，反斯託克斯拉曼背向散射信號經1450nm濾波片濾除後，由光電接收及放大模塊接收並進行處理，然後由數據採集卡接收處理後的信號兵上傳至工控機，上傳至工控機的反斯託克斯信號經解碼解調後，經過溫度定標，計算得出整條光纖上各段的溫度和溫度變化。本實用新型提供的遠程脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，採用格雷編碼脈衝原理有效地提高了進入傳感光纖的光子數，提高了系統的信噪比，使得當傳感光纖的長度較長或同等光纖長度條件下，有效提高測量精度，降低測量時間，並基於反射鏡方案，採用一隻反射鏡，實現了系統的自校正功能，克服了由于波長不同導致的絕對溫度測量存在誤差的問題。
附圖1是本實用新型中光纖溫度傳感器的結構示意圖。附圖標記脈衝編碼驅動器1、脈衝雷射器2、放大器3、光纖波分復用器4、反射鏡
5、濾波片6、光電接收及放大模塊7、數據採集卡8、傳感光纖10。
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1所示，本實用新型提出的一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，包括濾波片6、光電接收及放大模塊7、數據採集卡8，以及依次相連接的脈衝編碼驅動器1、脈衝雷射器2、放大器3、光纖波分復用器4、傳感光纖10，其中光纖波分復用器4的反射光信號輸出端與濾波片6輸入端相連接，濾波片6的輸出端與光電接收及放大模塊7相連接，光電接收及放大模塊7的輸出端與數據採集卡8的輸入端相連接，其特徵在於數據採集卡8內還設有編碼生成模塊，編碼生成模塊的輸出端與脈衝編碼驅動器I的輸入端相連接，所述傳感光纖10為單模光纖，單模光纖的始端與光纖波分復用器4的com輸出端相連接，單模光纖的末端與反射鏡5相連接。本實用新型中所述脈衝雷射器2採用脈衝編碼半導體DFB雷射器，其中心波長為1550nm，譜寬為0.1nm,功率為10mW，所述放大器3為摻餌光纖放大器，其工作波長為1550土 10nm，輸入功率範圍l_15mW，輸出功率範圍為2-15W，所述光纖波分復用器4設有com輸出端，1550nm輸入端以及1450nm輸出端,其中摻鉺光纖放大器3的輸出端與光纖波分復用器4的1550nm輸入端相連接,光電接收及放大模塊7與光纖波分復用器4的1450nm輸出端相連接。本實用新型中所述的反射鏡5對1550nm及1450nm的光信號的反射率彡99%。[0022]本實用新型中所述濾波片6的中心波長1450nm，光譜帶寬為28nm，透過率98%，對1550nm光信號的隔離度>45dB。本實用新型還提出一種脈衝編碼自校正分布式光纖測溫裝置，包括光纖溫度傳感器以及工控機11，其特徵在於所述的光纖溫度傳感器為上述脈衝編碼自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器，工控機11與數據採集卡8的輸出端相連接。本實用新型在使用時，數據採集卡內的編碼生成模塊生成格雷編碼，並將其送入脈衝編碼驅動器，脈衝編碼半導體DFB雷射器在脈衝編碼驅動器的控制下重複輸出4組格雷編碼雷射脈衝信號，該雷射編碼脈衝信號經摻鉺光纖放大器放大後輸出高功率的雷射編碼脈衝，高功率的雷射編碼脈衝信號通過光纖波分復用器進入傳感光纖，並經位於傳感光纖尾端的反射鏡反射後，獲得反斯託克斯拉曼背向散射信號，反斯託克斯拉曼背向散射信號經1450nm濾波片濾除後，由光電接收及放大模塊接收並進行處理，然後由數據採集卡接收處理後的信號兵上傳至工控機，上傳至工控機的反斯託克斯信號經解碼解調後，經過溫度定標，計算得出整條光纖上各段的溫度和溫度變化。本實用新型提供的遠程脈衝編碼自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器，自校正有效解決了因波長不同導致的絕對溫度測量誤差問題，同時格雷脈衝編碼解決了反射鏡引入的信噪比下降問題也顯著地提高了系統整體的信噪比。本實用新型只採用一隻脈衝編碼半導體DFB雷射器、一隻摻鉺光纖放大器，並採用一隻光纖波分復用器以及光電接收和放大模塊，數據採集卡也只需一路模擬輸入通道，是一種成本低、本質安全、信噪比高和穩定性好的分布式光纖拉曼溫度傳感器。
權利要求1.一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，包括濾波片、光電接收及放大模塊、數據採集卡，以及依次相連接的脈衝編碼驅動器、脈衝雷射器、放大器、光纖波分復用器、傳感光纖，其中光纖波分復用器的反射光信號輸出端與濾波片輸入端相連接，濾波片輸出端與光電接收及放大模塊相連接，光電接收及放大模塊的輸出端與數據採集卡的輸入端相連接，其特徵在於數據採集卡內還設有編碼生成模塊，編碼生成模塊的輸出端與脈衝編碼驅動器的輸入端相連接，所述傳感光纖為單模光纖，單模光纖的始端與光纖波分復用器的com輸出端相連接，單模光纖的末端與反射鏡相連接。
2.根據權利要求1所述的一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特徵在於所述脈衝雷射器採用脈衝編碼半導體DFB雷射器，中心波長為1550nm，譜寬為0. lnm，功率為IOmW,所述放大器為摻館光纖放大器,其工作波長為1550± IOnm,輸入功率範圍l_15mW,輸出功率範圍為2-15W,所述光纖波分復用器設有com輸出端，1550nm輸入端以及1450nm輸出端，其中摻鉺光纖放大器的輸出端與光纖波分復用器的1550nm輸入端相連接，光電接收及放大模塊與光纖波分復用器的1450nm輸出端相連接。
3.根據權利要求2所述的一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特徵在於所述反射鏡對1550nm及1450nm的光信號的反射率彡99%。
4.根據權利要求3所述的一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特徵在於所述濾波片的中心波長1450nm，光譜帶寬為28nm，透過率98%，對1550nm光信號的隔離度>45dB。
5.一種脈衝編碼自校正分布式光纖測溫裝置，包括光纖溫度傳感器以及工控機，其特徵在於所述的光纖溫度傳感器為權利要求4所述的脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其中數據採集卡的輸出端與工控機的輸入端相連接。
專利摘要本實用新型涉及光纖溫度傳感器，具體的說是一種脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置，其特徵在於數據採集卡內還設有編碼生成模塊，編碼生成模塊的輸出端與脈衝編碼驅動器的輸入端相連接，所述傳感光纖為單模光纖，單模光纖的始端與光纖波分復用器的com輸出端相連接，單模光纖的末端與反射鏡相連接，本實用新型提供的遠程脈衝編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，採用格雷編碼脈衝原理有效地提高了進入傳感光纖的光子數，提高了系統的信噪比，使得當傳感光纖的長度較長或同等光纖長度條件下，有效提高測量精度，降低測量時間，並基於反射鏡方案，實現了系統的自校正功能，克服了由于波長不同導致的絕對溫度測量存在誤差的問題。
文檔編號G01K11/32GK202903368SQ201220622618
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者李德和, 史振國, 王永強, 喬秋曉, 劉偉, 于娟 申請人:威海北洋電氣集團股份有限公司