CN101603866B - 分布式光纤应力温度传感装置及其传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种分布式光纤应力温度传感装置及传感方法，该传感装置包括光源、脉冲调制器、环形器、耦合器、喇曼光滤光器、布里渊光滤光器、喇曼光探测器、布里渊光探测器、第一放大器、第二放大器、数据采集器、数据处理器、计算机。喇曼光滤光器、布里渊光滤光器分别透过特定光；数据处理器根据上述特定光的信息分别计算应力信息、温度信息。本发明提出的分布式光纤应力温度传感装置，在保证测量性能的同时，可以同时对温度和应力进行测量；并且可以消除应力测量时受温度的影响，从而提高应力测量精度。

Description

分布式光纤应力温度传感装置及其传感方法

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感装置，尤其涉及一种具有能同时测温度和应力的分布式光纤传感装置；此外，本发明还涉及上述传感装置的传感方法。

背景技术

分布式光纤传感系统主要用于交通、建筑、电力、煤矿、石化等行业，其作用是实时测量这些重要的场所的各种参数。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。

现有的分布式光纤传感装置是由激光驱动器、激光器、、耦合器、滤光器、探测器、信号放大器、数据采集器、数据处理器和计算机组成。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，而后通过耦合器和滤光器将后向散射光中的某一种光谱分离出来，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，最终得出所需要的数据。

在实际应用中人们总希望能同时测量多个参数。而温度和应力是实际应用中众多参数中比较十分重要的两个参数。但现有的分布式光纤传感装置，只能测量单一的参数；要么只能测量温度，要么只能测量应力，无法同时对两个参数进行测量。

现有的分布式光纤传感装置存在的缺陷和不足如下：

(1)现有的光纤传感装置只能对单一的参数进行测，无法同时测量多个参数；

(2)测量应力的装置会受到温度的影响，精度较低；

(3)采用计算机处理数据，处理速度慢，影响探测响应速度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分布式光纤应力温度传感装置，可同时测温度和应力。

另外，本发明还提供上述传感装置的传感方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于，该传感装置包括：

光源，用以发出连续光；

脉冲调制器，用以根据设计脉冲参数将光源发出的激光调制成所需要的脉冲光波；

环形器，用以将后向散射回来的激光完全分出来，输出给一耦合器；

耦合器，用以将后向散射回来的激光分成两路分别传给两个不同的滤光器：喇曼光滤光器、布里渊光滤光器；

喇曼光滤光器，用以滤掉除喇曼光以外的其他光，只有喇曼光能透过；

布里渊光滤光器，用以滤掉除布里渊光以外的其他光，只有布里渊光能透过；

喇曼光探测器、布里渊光探测器，分别与所述喇曼光滤光器、布里渊光滤光器连接，用以将接收的光信号转换电信号；

第一放大器、第二放大器，分别与喇曼光探测器、布里渊光探测器连接，用以将上述电信号放大；

数据采集器，用以采集经所述第一放大器、第二放大器放大的电信号；

数据处理器，用以处理所述数据采集器采集的数据，得出温度数据、应力数据。

作为本发明的一种优选方案，所述数据处理器还包括应力数据修正单元，用以使用温度数据对应力数据进行修正。

作为本发明的一种优选方案，所述传感装置还包括计算机，通过数据通讯接口与数据处理器连接，用以读取所述数据处理器得到的温度数据、应力数据，并予以显示。

作为本发明的一种优选方案，所述光源包括相连接的激光驱动器及激光器；激光驱动器用以驱动激光器发出激光。

作为本发明的一种优选方案，所述的激光驱动器是采用高速电路制作的电流驱动器；所述的激光器是半导体激光器，可根据激光驱动的驱动电流来发射激光。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合器采用Y型光纤耦合器。

作为本发明的一种优选方案，所述喇曼光探测器、布里渊光探测器采用高灵敏度APD雪崩二极管来探测激光，将光信号转换电信号。

一种上述分布式光纤应力温度传感装置的传感方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

通过环形器将后向散射光从传感光纤中分离传来；

后向散射光通过耦合器将后分成两份分别传给喇曼光滤光器和布里渊光滤光器；

喇曼光滤光器滤去其他的光，只透过喇曼光，再将喇曼光传输给喇曼光探测器；布里渊光滤光器滤去其他的光，只透过布里渊光，再将布里渊光传输给布里渊光探测器；

喇曼光探测器和布里渊光探测器将两路光信号转换成电信号，再分别传输给第一放大器和第二放大器进行放大处理，将信号放大到可采集处理的程度；

两路放大器放大过的信号传输给数据采集器，进行数据采集和累加处理；数据采集器采集完的数据再传输给数据处理器进行计算，得出温度数据、应力数据；其中，通过分析喇曼光的信息得到温度数据，通过分析布里渊光的信息得到应力数据。

作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括如下步骤：使用温度数据对应力数据进行修正。

作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括如下步骤：所述计算机读取数据处理器得到的温度数据、应力数据，并予以显示。

本发明的有益效果在于：本发明提出的分布式光纤应力温度传感装置，在保证测量性能的同时，可以同时对温度和应力进行测量；并且可以消除应力测量时受温度的影响，从而提高应力测量精度。该装置还采用专用的数据处理DSP芯片来做数据处理，从而提高了装置的响应速度。

附图说明

图1为本发明分布式光纤温度应力传感装置的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

请参阅图一，本发明揭示了一种分布式光纤应力温度传感装置，该传感装置包括光源10、脉冲调制器20、环形器30、耦合器40、喇曼光滤光器51、布里渊光滤光器52、喇曼光探测器61、布里渊光探测器62、第一放大器71、第二放大器72、数据采集器80、数据处理器90、计算机100。

光源10用以发出连续光；其包括相连接的激光驱动器12及激光器11；该激光驱动器12用以驱动激光器11发出激光。本实施例中，所述的激光驱动器12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；所述的激光器11是半导体激光器，可根据激光驱动的驱动电流来发射激光。

脉冲调制器20用以根据设计脉冲参数将激光器发出的激光调制成所需要的脉冲光波。

环形器30用以将后向散射回来的激光完全分出来，输出给一耦合器40。环形器同时将脉冲光注入传感光缆31，本实施例中，所述的传感光缆31采用单模光纤加低烟无卤外护套。

耦合器40用以将后向散射回来的激光分成两路分别传给两个不同的滤光器：喇曼光滤光器51、布里渊光滤光器52。本实施例中，所述耦合器40采用Y型光纤耦合器。

喇曼光滤光器51、布里渊光滤光器52采用特定滤光片来滤光，将多余的光滤掉，只留下所需要的光。其中，喇曼光滤光器51用以滤掉除喇曼光以外的其他光，只有喇曼光能透过，喇曼光中包含了温度信息；布里渊光滤光器52用以滤掉除布里渊光以外的其他光，只有布里渊光能透过，布里渊光中包含了应力信息。

喇曼光探测器61、布里渊光探测器62分别与所述喇曼光滤光器51、布里渊光滤光器52连接，用以将接收的光信号转换电信号。本实施例中，所述喇曼光探测器61、布里渊光探测器62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。

第一放大器71、第二放大器72分别与喇曼光探测器61、布里渊光探测器62连接，用以将上述电信号放大。第一放大器71、第二放大器72是由多个放大芯片组成的，将微弱信号放大后传给数据采集器80。

数据采集器80用以采集经所述第一放大器71、第二放大器72放大的电信号。本实施例中，数据采集器80采用高速数据采集芯片，运行速度为100Mb/s。

数据处理器90用以处理所述数据采集器80采集的数据，得出温度数据、应力数据；通过分析喇曼光的信息得到温度数据，通过分析布里渊光的信息得到应力数据。本实施例中，数据处理器90采用高速DSP处理芯片来实现。此外，所述数据处理器90还包括应力数据修正单元，用以使用温度数据对应力数据进行修正。

计算机100通过数据通讯接口与数据处理器90连接，用以读取所述数据处理器90得到的温度数据、应力数据，并予以显示。本实施例中，计算机100采用工业级计算机。同时，还可以通过计算机100来控制激光驱动器12驱动激光器11工作。

以上介绍了本发明分布式光纤应力温度传感装置，以下介绍上述传感装置的传感方法，该方法包括如下步骤：

步骤A、激光驱动器12驱动激光器11发出激光；

步骤B、脉冲调制器20根据设计脉冲参数将激光器11发出的激光调制成所需要的脉冲光波；

步骤C、通过环形器将后向散射光从传感光纤中分离传来；后向散射光通过耦合器将后分成两份分别传给喇曼光滤光器和布里渊光滤光器；

步骤D、喇曼光滤光器滤去其他的光，只透过喇曼光，再将喇曼光传输给喇曼光探测器；布里渊光滤光器滤去其他的光，只透过布里渊光，再将布里渊光传输给布里渊光探测器；

步骤E、喇曼光探测器和布里渊光探测器将两路光信号转换成电信号，再分别传输给第一放大器和第二放大器进行放大处理，将信号放大到可采集处理的程度；

步骤F、两路放大器放大过的信号传输给数据采集器，进行数据采集和累加处理；数据采集器采集完的数据再传输给数据处理器进行计算，得出温度数据、应力数据；通过分析喇曼光的信息得到温度数据，通过分析布里渊光的信息得到应力数据。而后，使用温度数据对应力数据进行修正；

步骤G、所述计算机读取数据处理器得到的温度数据、应力数据，并予以显示。

综上所述，本发明通过设置喇曼光滤光器、布里渊光滤光器，两滤波器分别仅透过特定光；数据处理器根据上述特定光的信息分别计算应力信息、温度信息。本发明与传统的分布式光纤传感装置相比，有如下优点和积极效果：

(1)本发明可以同时对温度和应力进行测量；

(2)本发明通过温度对应力测量进行了修正；

(3)采用高速专用数据处理器处理数据，提高了检测速度。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于，该传感装置包括：

光源，用以发出连续光；

脉冲调制器，用以根据设计脉冲参数将光源发出的激光调制成所需要的脉冲光波；

环形器，用以将后向散射回来的激光分出来，输出给一耦合器；

耦合器，用以将后向散射回来的激光分成两路分别传给两个不同的滤光器：喇曼光滤光器、布里渊光滤光器；

喇曼光滤光器，用以滤掉除喇曼光以外的其他光，只有喇曼光能透过；

布里渊光滤光器，用以滤掉除布里渊光以外的其他光，只有布里渊光能透过；

喇曼光探测器、布里渊光探测器，分别与所述喇曼光滤光器、布里渊光滤光器连接，用以将接收的光信号转换电信号；

第一放大器、第二放大器，分别与喇曼光探测器、布里渊光探测器连接，用以将上述电信号放大；

数据采集器，用以采集经所述第一放大器、第二放大器放大的电信号；

数据处理器，用以处理所述数据采集器采集的数据，得出温度数据、应力数据。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述数据处理器还包括应力数据修正单元，用以使用温度数据对应力数据进行修正。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述传感装置还包括计算机，通过数据通讯接口与数据处理器连接，用以读取所述数据处理器得到的温度数据、应力数据，并予以显示。

4.根据权利要求1所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述光源包括相连接的激光驱动器及激光器；激光驱动器用以驱动激光器发出激光。

5.根据权利要求4所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述的激光驱动器是采用高速电路制作的电流驱动器；

所述的激光器是半导体激光器，可根据激光驱动的驱动电流来发射激光。

6.根据权利要求1至5任一所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述耦合器采用Y型光纤耦合器。

7.根据权利要求1至5任一所述的分布式光纤应力温度传感装置，其特征在于：

所述喇曼光探测器、布里渊光探测器采用高灵敏度APD雪崩二极管来探测激光，将光信号转换电信号。

8.一种权利要求1至7任一所述分布式光纤应力温度传感装置的传感方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

通过环形器将后向散射光从传感光纤中分离传来；

后向散射光通过耦合器将后分成两份分别传给喇曼光滤光器和布里渊光滤光器；

喇曼光滤光器滤去其他的光，只透过喇曼光，再将喇曼光传输给喇曼光探测器；布里渊光滤光器滤去其他的光，只透过布里渊光，再将布里渊光传输给布里渊光探测器；

喇曼光探测器和布里渊光探测器将两路光信号转换成电信号，再分别传输给第一放大器和第二放大器进行放大处理，将信号放大到可采集处理的程度；

两路放大器放大过的信号传输给数据采集器，进行数据采集和累加处理；数据采集器采集完的数据再传输给数据处理器进行计算，得出温度数据、应力数据；其中，通过分析喇曼光的信息得到温度数据，通过分析布里渊光的信息得到应力数据。

9.根据权利要求8所述的传感方法，其特征在于：

所述方法还包括如下步骤：

使用温度数据对应力数据进行修正。

10.根据权利要求8所述的传感方法，其特征在于：

所述方法还包括如下步骤：

所述计算机读取数据处理器得到的温度数据、应力数据，并予以显示。

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