CN101403644A - 双端测量型分布式光纤温度传感装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双端测量型分布式光纤温度传感装置，其主要包括激光器，激光器的输入端与激光驱动器的输出端连接，激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，激光器的输出端耦合器输入端连接；耦合器的输出端与光路切换器的输入端连接，光路切换器把光路在环形探测光缆的2个端口之间切换；计算机连接数据处理器，数据处理器控制同步控制器和接收数据采集器的数据；数据处理器接受到从环形探测光缆测得的数据后，对数据进行计算处理；然后光路切换器将光路切换到另一个端口，采集处理信号，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。本发明提高了系统的测量精度；从两端进行测量，双向测量自动校准，不但保证了首尾测量的一致性。本发明提高了测量精度；即使探测光缆断裂后仍然可以准确测量探测光纤的各部分。

Description

双端测量型分布式光纤温度传感装置及其方法

技术领域

本发明涉及分布式光纤温度传感设备的技术领域，具体的说是双端测量型分布式光纤温度传感装置及其方法。

背景技术

光纤温度传感装置主要用于交通、建筑、电力、煤矿、石化等行业，其作用是对这些重要的场所进行实时温度监控。它对与保证工业系统设备正常运行，保障生命和财产的安全起着重要的作用。

现有的光纤温度传感装置是由激光驱动器、激光器、同步控制器、耦合器、参考光纤、滤光器、光电探头、信号放大器、数据采集器和计算机组成。其工作原理为：激光器连续不断地向探测光缆中发射激光，激光在光缆中传输过程中会发生后向散射，由于喇漫光谱对温度是敏感的，通过耦合器和滤光器将后向散射光中的喇漫光谱分离出来，再经过光电转换和信号放大处理后进行数据采集，然后再将采集到的数据送往数据处理器计算机进行处理计算，最终得出温度数据。

在分布式光纤温度传感系统中，由于监测现场环境的恶劣和突发事件，往往会导致光纤的断裂；同时由于测量距离比较长，激光衰减的原因会造成探测光缆末段精确度下降。现有的方法存在的缺陷和不足如下：

1)只从探测光缆的一端进行测量，测量精度在探测光缆的末端比较差；

2)若探测光缆断裂，断裂后的部分将无法测量到；

3)由于激光衰减的原因会造成探测光缆首尾测量不一致的情况；

故仍然需要对现有分布式光纤温度传感设备的内部结构进行进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双端测量型分布式光纤温度传感装置及其方法，该装置从环形探测光缆的两端端进行测量，提高了系统的测量精度；从两端进行测量，双向测量自动校准，不但保证了首尾测量的一致性，还提高了测量精度；当探测光缆断裂后仍然可以准确测量探测光纤的各部分。克服了现有技术中存在的缺点和不足。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：双端测量型分布式光纤温度传感装置及其方法，其主要包括激光器，激光器的输入端与激光驱动器的输出端连接，激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，同步控制器的输入端与数据处理器的输出端连接，激光器的输出端耦合器输入端连接，耦合器的输出端与光路切换器和滤光器的输入端连接；光路切换器的两个输出端分别连接一条探测光纤的两端；滤光器的输出端连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与数据采集器的输入端连接，数据采集器的输出端与数据处理器的输入端连接；数据处理器与计算机连接。

其特征在于：所述的光路切换器，它的输入端连接耦合器的输出端，且受数据采集器的控制，按指令把耦合器输出端的光路在环形探测光缆的1号端口和2号端口之间切换；其中，2号端口和1号端口是一条探测光缆的2个端口；当数据采集器接到开始工作的指令后先将光路切换到1号端口，采集整条探测光缆返回的数据，然后将采集到的数据送给数据处理器；经过一个周期，光路切换器将光路切换到2号端口，再次采集整条探测光缆返回的数据，将采集到的数据送给数据处理器；数据处理器接受到从环形探测光缆两端测得的数据后，对数据进行计算处理；再经过一个周期光路切换器再将光路切换到1号端口，采集处理信号；如此循环，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。

作为本发明的优选方案之一，所述数据采集器按一定周期驱动光路切换器，在该周期内装置正好处理好若干次采集到的数据。

本发明公开了双端测量型分布式光纤温度传感装置，其与传统的光纤测温传感装置相比本发明有如下优点和积极效果：

1、从探测光缆的两端端进行测量，提高了系统的测量精度；

2、若探测光缆断裂，断裂后仍然可以从两端进行测量，不会造成断裂后的部分将无法测量到的情况；

3、从两端进行测量，双向测量自动校准，保证了首尾测量的一致性；

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中光路切换器结构示意图。

图3为本发明工作原理流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对技术方案的实施作进一步的详细描述：

本发明涉及一种双端测量型分布式光纤温度传感装置，它主要包括激光器3，激光器3与激光驱动器2的输出端连接，激光驱动器2的输入端与同步控制器1的输出端连接，同步控制器1的输入端与数据处理器13的输出端连接；激光器3的输出端耦合器4的输入端连接，耦合装置4的输出端与光路切换器9和滤光器5的输入端连接；滤光器5的输出端连接光电转换器6的输入端连接，光电转换器6的输出端与放大器7的输入端连接，放大器7的输出端与数据采集器8的输入端连接，数据采集器8的输出端与数据处理器16的一输入端连接；所述光路切换器9的输入端连接耦合器4、且受数据采集器8的控制，按指令把耦合器4中的光信号送入1号端口或2号端口；其中，2号端口和1号端口是一条环形探测光缆的2个端口；数据采集器8接到开始工作的指令后先将光路切换到1号端口，采集整条探测光缆返回的数据，然后将采集到的数据送给数据处理器；然后光路切换器9将光路切换到2号端口，再次采集整条探测光缆返回的数据，将采集到的数据送给数据处理器；数据处理器13接受到从环形探测光缆两端测得的数据后，对数据进行计算处理，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。

本发明从探测光缆的两端端进行测量，提高了系统的测量精度；当探测光缆断裂，断裂后仍然可以从两端进行测量，解决了因探测光缆断裂后有一部分无法测量到的情况；从两端进行测量，双向测量自动校准，不但保证了首尾测量的一致性，还提高了测量精度。

其中计算机14是外围设备，其他设备是封闭在一个箱体内，计算机通过数据通讯接口和数据处理器进行通讯读取内部数据，并显示在计算机上。

在具体实施时，所述的同步控制器1是采用德州仪器公司的CDCE913同步时钟电路模块实现的；

在具体实施时，所述的激光驱动器2是采用高速电路制作的电流驱动器，可以很好地驱动激光器发射激光；

在具体实施时，所述的激光器3是半导体激光器，可根据激光驱动的驱动电流来发射激光；

在具体实施时，所述的探测光缆中的传感光纤是采用62.5/125μm多模光纤加低烟无卤外护套，带宽范围为≥400MHZ@850nm、≥1000MHZ@1300nm，衰减范围为≤3.0dB@850nm、≤0.8dB@1300nm，在外层；

在具体实施时，所述的光电转换器6采用高灵敏度APD雪崩二极管来探测激光，将光信号转换电信号；

在具体实施时，所述的放大器7是采用德州仪器公司的OPA365型高性能的运算大器；

在具体实施时，所述的数据采集器8是采用德州仪器公司的高速数据采集器，运行速度为100Mb/s；

在具体实施时，所述的数据处理器13是采用ALTERA公司的告诉FPGA来实现的；

在具体实施时，所述的计算机14是通用的工业级计算机。

如图1、图2所示，当计算机14发送温度监测命令给数据处理器13时，数据处理器13驱动同步控制器1发出同步脉冲控制激光驱动器2和数据采集器8同步工作；激光驱动器2接到同步控制器1发来的同步脉冲后就开始驱动激光器3工作，向光纤中连续不断地发送激光；激光在光纤中传输时会发生后向喇漫散射，后向散射回来的光信号被耦合器4分离出来传入滤光器5、光电转换器6和放大器7，最后射入到数据采集器8；数据处理器13控制同步控制器1和接收数据采集器的数据8；同步控制器1发送同步信号到激光驱动器和数据采集器连接，使其同步工作。

本发明与以往发明的不同之处在于，所述的传感光纤的两端都接在光路切换器9上，光路切换器9受到数据采集器8的控制；光路切换器9与耦合器4相连，按数据采集器8的控制线的控制信号把激光信号在光路切换器9的1号端口和2号端口间切换。这样，数据采集器8接到开始工作的指令后先将光路切换到1号端口，采集整条探测光缆返回的数据，然后将采集到的数据送给数据处理器；经过一定周期，光路切换器9将光路切换到2号端口，再次采集整条探测光缆返回的数据，将采集到的数据送给数据处理器；数据处理器13接受到从环形探测光缆两端测得的数据后，对数据进行计算处理，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。

在具体实施时，所述数据采集器按一定周期驱动光路切换器，在该周期内装置正好处理完若干次采集到的数据。

本发明从探测光缆的两端端进行测量，提高了系统的测量精度；当探测光缆断裂，断裂后仍然可以从两端进行测量，解决了因探测光缆断裂后有一部分无法测量到的情况；从两端进行测量，双向测量自动校准，不但保证了首尾测量的一致性，还提高了测量精度。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (4)

1、双端测量型分布式光纤温度传感装置，它包括激光器，激光器的输入端与激光驱动器的输出端连接，激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，同步控制器的输入端与数据处理器的输出端连接，激光器的输出端耦合器输入端连接，耦合器的输出端与光路切换器和滤光器的输入端连接；光路切换器的两个输出端分别连接一条探测光纤的两端；滤光器的输出端连接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与数据采集器的输入端连接，数据采集器的输出端与数据处理器的输入端连接；数据处理器与计算机连接，

其特征在于：所述的光路切换器，它的输入端连接耦合器的输出端，且受数据采集器的控制，按指令把耦合器输出端的光路在环形探测光缆的1号端口和2号端口之间切换。

2.根据权利要求1所述的双端测量型分布式光纤温度传感装置，其特征在于：所述环形探测光缆的1号端口和2号端口是一条探测光缆的2个端口。

3.双端测量型分布式光纤温度传感装置的方法，其特征在于，当计算机发送温度监测命令给数据处理器，数据处理器立刻驱动同步控制器发出同步脉冲控制激光驱动器和数据采集器同步工作；激光驱动器接到同步控制器发来的同步脉冲后就开始驱动激光器工作，不断地发送激光；激光在光纤中传输时会发生后向喇漫散射，后向散射回来的激光信号被耦合器分离出来送往滤光器；滤光器就会将送来的激光信号中的喇漫光信号分离出来，传送到光电转换器将光信号转换成电信号，电信号被放大器放大后由数据采集器来进行数据采集，经数据采集器采集到的数据送往数据处理器综合处理，最后经FPGA高速数据处理器处理过的数据被送给计算机显示温度曲线；

当激光进入光纤时，先由被数据采集器的信号控制的光路切换器，按指令把耦合器输出端的光路在环形探测光缆的1号端口和2号端口之间切换；当数据采集器按指令将光路切换到1号端口时，数据采集器采集整条探测光缆返回的数据，然后将采集到的数据送给数据处理器；经过一个周期，光路切换器将光路切换到2号端口，再次采集整条探测光缆返回的数据，将采集到的数据送给数据处理器；数据处理器接受到从环形探测光缆两端测得的数据后，对数据进行计算处理；再经过一个周期，光路切换器再将光路切换到1号端口，采集处理信号；如此循环，最终得出温度数据在计算机上以曲线的形式显示出来。

4.根据权利要求3所述的双端测量型分布式光纤温度传感装置的使用方法，其特征在于：所述数据采集器是按一定周期驱动光路切换器，在该周期内装置正好处理好若干次采集到的数据。

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