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分布式光纖測溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式光纖測溫系統(tǒng)，包括WDM光器件和APD多級放大模塊，被測光纜連接于該WDM光器件，脈沖光源的輸出端與WDM光器件連接，APD多級放大模塊用于接收WDM光器件發(fā)送的光信號，并將模擬信號分段輸出至多通道采集板卡，該多通道采集板卡與軟件平臺相連接，軟件平臺用于接收多通道采集板卡發(fā)送的模擬信號，進(jìn)行分段處理后合成一路信號。采用了該結(jié)構(gòu)的分布式光纖測溫系統(tǒng)，有效延長單通道的光纖探測距離，減少設(shè)備數(shù)量；降低長距離傳輸測量所需要的設(shè)備級聯(lián)所引入的信號傳輸、設(shè)備供電、設(shè)備維護(hù)等問題；提高產(chǎn)品的測量距離，降低測溫成本；提高測溫精度；每段測量信號的信噪比都處于較高的水平，提高了測溫精度。
【專利說明】分布式光纖測溫系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖測溫裝置，具體是指一種包含多級放大探測電路的長距離高精度的分布式光纖測溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于拉曼散射或者布里淵散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)是根據(jù)光纖的光時域反射和光纖的自發(fā)散射的溫度效應(yīng)來設(shè)計的系統(tǒng)，主要用來實時檢測光纖沿線不同位置的溫度，實現(xiàn)整個溫度場的連續(xù)溫度測量。分布式光纖測溫系統(tǒng)中光纖既是傳輸介質(zhì)又是傳感介質(zhì)，它還具有抗電磁干擾、防燃、尺寸小、對被測溫度場的影響小等其它傳感器無法比擬的優(yōu)點。但同時由于分布式光纖測溫系統(tǒng)所探測到的含有溫度信息的后向散射光十分微弱，甚至完全淹沒在噪聲中，并且隨著探測距離的增加，其有效信號急劇衰減，導(dǎo)致相應(yīng)的信噪比急劇惡化。從而導(dǎo)致探測距離越遠(yuǎn)，解調(diào)出來的溫度精度越差。當(dāng)解調(diào)溫度的精度低到一定程度之后，此時的溫度探測就失去了原有的意義。
[0003]傳統(tǒng)的分布式光纖測溫系統(tǒng)中，由于包含溫度信息的后向拉曼散射光的系統(tǒng)光功率較低，為了能夠準(zhǔn)確的解調(diào)出包含在散射光中的溫度信息，一般可以通過三種方式來完成，第一種方法是通過提高脈沖光源的脈沖光功率，從而得到相對較高的散射光；二是通過采用雪崩二極管，來提高后向散射光的接收靈敏度；三是通過提高軟件累加平均的方式，將散射回來的后向光中包含的白噪聲盡可能的通過平均的方式消除，從而提高了接收信號的信噪比。通過上述三個手段，一般可以在探測光纜的長度達(dá)到4?6公里時，溫度的精度可以達(dá)到正負(fù)I度，當(dāng)探測光纜繼續(xù)加長時，由于有效的光信號強(qiáng)度繼續(xù)衰減，導(dǎo)致其信噪比繼續(xù)惡化，其解調(diào)的溫度精度也就隨著探測距離的增加而逐漸遞減。
[0004]此時，如果繼續(xù)提高脈沖光源的入射光功率，由于物理特性的限制，將會導(dǎo)致光在光纖中產(chǎn)生受激散射，從而導(dǎo)致非線性效應(yīng)的產(chǎn)生，此時的反射光已不能正確反映其溫度場的信息。軟件平均越多，其所需要的時間越長，理論計算表明，在一定信噪比的前提下，軟件平均并不能夠無限制的提高其溫度解調(diào)精度，反而還需要增加大量的測量時間。而雪崩二極管由于受到材料所限，其探測靈敏度無法無限制的提高。因此當(dāng)長距離的探測需求出現(xiàn)時，傳統(tǒng)產(chǎn)品對此卻無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種測溫精度高、遠(yuǎn)端也可保持良好信噪比、可實現(xiàn)長距離測溫的分布式光纖測溫系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的分布式光纖測溫系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案:
[0007]該分布式光纖測溫系統(tǒng)，其主要特點是，包括WDM光器件和APD多級放大模塊，被測光纜連接于該WDM光器件，脈沖光源的輸出端與所述的WDM光器件連接，所述的APD多級放大模塊用于接收所述的WDM光器件發(fā)送的光信號，并將模擬信號分段輸出至多通道采集板卡，該多通道采集板卡與軟件平臺相連接，所述的軟件平臺用于接收所述的多通道采集板卡發(fā)送的模擬信號，進(jìn)行分段處理后合成一路信號。
[0008]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的APD多級放大模塊包括相連接的光電轉(zhuǎn)換電路和跨阻放大電路，該光電轉(zhuǎn)換電路接收所述的WDM光器件發(fā)送的光信號，所述的跨阻放大電路與線性放大電路相連接，所述的線性放大電路的輸出端與所述的多通道采集板卡連接。
[0009]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的線性放大電路包括放大級別各不相同的至少兩級線性放大電路，每一級所述的線性放大電路均將一路模擬信號輸出至所述的多通道采集板卡。
[0010]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的每一級線性放大電路均具有電子開關(guān)，所述的各級APD多級放大模塊通過所述的電子開關(guān)進(jìn)行所述的線性放大電路之間的切換。
[0011]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的軟件平臺包括:
[0012]軟件標(biāo)定模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段標(biāo)定；
[0013]軟件校準(zhǔn)模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段補(bǔ)償，并在分段的臨界點左右兩側(cè)的區(qū)段進(jìn)行保護(hù)；以及
[0014]軟件采集通信模塊，其用于將分段模擬信號合成一路電路；
[0015]所述的軟件采集通信模塊與所述的多通道采集板卡相連接，該軟件采集通信模塊與所述的軟件標(biāo)定模塊和所述的軟件校準(zhǔn)模塊連接。
[0016]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的軟件采集通信模塊將控制信號發(fā)送至所述的APD多級放大模塊，所述的Aro多級放大模塊根據(jù)所述的控制信號控制所述的線性放大電路進(jìn)行放大和切換。
[0017]該分布式光纖測溫系統(tǒng)中的被測光纜通過光開關(guān)切換系統(tǒng)與所述的WDM光器件連接，所述的被測光纜為復(fù)數(shù)根。
[0018]采用了該結(jié)構(gòu)的分布式光纖測溫裝置，具有以下有益效果:
[0019]1、有效延長單通道的光纖探測距離至20KM甚至更長，可以極大的降低單體應(yīng)用場合下設(shè)備的數(shù)量，并減少設(shè)備數(shù)量；
[0020]2、降低長距離傳輸測量所需要的設(shè)備級聯(lián)所引入的信號傳輸、設(shè)備供電、設(shè)備維護(hù)等問題，導(dǎo)致設(shè)備供電、設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)比較容易；
[0021]3、極大的提高產(chǎn)品的測量距離，降低整個系統(tǒng)的測溫成本；
[0022]4、有效提高測溫的精度；每段的測量信號的信噪比都處于較高的水平，從而進(jìn)一步可以提聞設(shè)備的測溫精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的測溫系統(tǒng)的一種實施例的示意框圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的測溫系統(tǒng)的另一種實施例的示意框圖。
【具體實施方式】
[0025]為了能更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。
[0026]請參閱圖1，該分布式光纖測溫系統(tǒng)，包括WDM光器件(WDM是WavelengthDivision Multiplexing的簡寫，譯為波分復(fù)用)和APD多級放大模塊(Avalanche PhotoDiode,即雪崩光電二極管),被測光纜連接于該WDM光器件,脈沖光源的輸出端與WDM光器件連接，APD多級放大模塊用于接收WDM光器件發(fā)送的光信號，并將模擬信號分段輸出至多通道采集板卡，該多通道采集板卡與軟件平臺相連接，軟件平臺用于接收多通道采集板卡發(fā)送的模擬信號，進(jìn)行分段處理后合成一路信號。
[0027]APD多級放大模塊包括相連接的光電轉(zhuǎn)換電路和跨阻放大電路，該光電轉(zhuǎn)換電路接收WDM光器件發(fā)送的光信號，跨阻放大電路與線性放大電路相連接，線性放大電路的輸出端與多通道采集板卡連接。
[0028]線性放大電路包括放大級別各不相同的至少兩級線性放大電路，每一級線性放大電路均將一路模擬信號輸出至多通道采集板卡，APD多級放大模塊根據(jù)放大信號的強(qiáng)度分別從不同的放大級將模擬信號輸出，每一級輸出的信號保證在該距離內(nèi)，信號既不飽和，也能保證足夠的信噪比。每一級線性放大電路均具有電子開關(guān)，Aro多級放大模塊通過電子開關(guān)進(jìn)行線性放大電路之間的切換。
[0029]軟件平臺包括:
[0030]軟件標(biāo)定模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段標(biāo)定；由于多段信號不在同一個放大信號上進(jìn)行，導(dǎo)致需要分段對每段信號分別進(jìn)行標(biāo)定。
[0031]軟件校準(zhǔn)模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段補(bǔ)償，并在分段的臨界點左右兩側(cè)的區(qū)段進(jìn)行保護(hù)；以及
[0032]軟件采集通信模塊，其用于將分段模擬信號合成一路電路；
[0033]軟件采集通信模塊與多通道采集板卡相連接，該軟件采集通信模塊與軟件標(biāo)定模塊和軟件校準(zhǔn)模塊連接。
[0034]軟件采集通信模塊將控制信號發(fā)送至APD多級放大模塊，APD多級放大模塊根據(jù)控制信號進(jìn)行線性放大電路之間的切換，并至少支持2路以上的切換能力，每一路的放大倍數(shù)均不一樣，但輸出可以為一路(一路即為一個斯托克斯信號以及反斯托克斯信號)模擬信號，每路輸出的模擬信號在距離范圍內(nèi)，信號既不飽和，也能保證足夠的信噪比。
[0035]較佳地，被測光纜通過光開關(guān)切換系統(tǒng)與所述的WDM光器件連接，被測光纜為復(fù)數(shù)根，具體請參閱圖2，當(dāng)用于多通道設(shè)備時，WDM光器件前端的光開關(guān)切換系統(tǒng)，可以同時保證多路信號的同時采集與測量。
[0036]采用了該結(jié)構(gòu)的分布式光纖測溫系統(tǒng)，具有以下有益效果:
[0037]1、使用該技術(shù)可以有效延長單通道的光纖探測距離至20KM甚至更長，可以極大的降低單體應(yīng)用場合下設(shè)備的數(shù)量。如果常規(guī)設(shè)備只能探測5KM，則一臺使用該技術(shù)的長距離設(shè)備，可以將原有4臺設(shè)備降低到I臺；
[0038]2、使用該技術(shù)，可以降低長距離傳輸測量所需要的設(shè)備級聯(lián)所引入的信號傳輸、設(shè)備供電、設(shè)備維護(hù)等問題，傳統(tǒng)的分布式測溫系統(tǒng)為了長距離傳輸，需每5KM設(shè)置一臺設(shè)備進(jìn)行測量，測量設(shè)備由于在室外或者探測中間地帶，導(dǎo)致設(shè)備供電、設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)比較困難；
[0039]3、由于隨著測溫距離越遠(yuǎn)，拉曼散射的斯托克斯光與反斯托克斯光的信號衰減也就越大，其信噪比越來越差，由此測溫的精度也越來越差，當(dāng)距離超過一定值比如IOKM之后，其信噪比導(dǎo)致測溫精度誤差將達(dá)到正負(fù)10度甚至更高，無法滿足測量的需要。采用本技術(shù)之后，可以極大的提高產(chǎn)品的測量距離，降低整個系統(tǒng)的測溫成本；
[0040]4、即便在短距離的傳輸中，使用該技術(shù)，可以有效提高測溫的精度；由于隨著測溫距離越遠(yuǎn)，拉曼散射的斯托克斯光與反斯托克斯光的信號衰減也就越大，其信噪比越來越差，由此測溫的精度也越來越差，對于測溫精度要求較高的場合，傳統(tǒng)設(shè)備就無法滿足測量的需要，而由于采用了分段測量技術(shù)，使得每段的測量信號的信噪比都處于較高的水平，從而進(jìn)一步可以提高設(shè)備的測溫精度。
[0041]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖測溫系統(tǒng),其特征在于，包括WDM光器件和APD多級放大模塊,被測光纜連接于該WDM光器件，脈沖光源的輸出端與所述的WDM光器件連接，所述的APD多級放大模塊用于接收所述的WDM光器件發(fā)送的光信號，并將模擬信號分段輸出至多通道采集板卡，該多通道采集板卡與軟件平臺相連接，所述的軟件平臺用于接收所述的多通道采集板卡發(fā)送的模擬信號，進(jìn)行分段處理后合成一路信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的APD多級放大模塊包括相連接的光電轉(zhuǎn)換電路和跨阻放大電路，該光電轉(zhuǎn)換電路接收所述的WDM光器件發(fā)送的光信號，所述的跨阻放大電路與線性放大電路相連接，所述的線性放大電路的輸出端與所述的多通道采集板卡連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的線性放大電路包括放大級別各不相同的至少兩級線性放大電路，每一級所述的線性放大電路均將一路模擬信號輸出至所述的多通道采集板卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的每一級線性放大電路均具有電子開關(guān)，所述的APD多級放大模塊通過所述的電子開關(guān)進(jìn)行所述的各級線性放大電路之間的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的軟件平臺包括: 軟件標(biāo)定模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段標(biāo)定； 軟件校準(zhǔn)模塊，其用于對每段模擬信號進(jìn)行分段補(bǔ)償，并在分段的臨界點左右兩側(cè)的區(qū)段進(jìn)行保護(hù)；以及 軟件采集通信模塊，其用于將分段模擬信號合成一路電路； 所述的軟件采集通信模塊與所述的多通道采集板卡相連接，該軟件采集通信模塊與所述的軟件標(biāo)定模塊和所述的軟件校準(zhǔn)模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的軟件采集通信模塊將控制信號發(fā)送至所述的APD多級放大模塊，所述的APD多級放大模塊根據(jù)所述的控制信號控制所述的線性放大電路進(jìn)行放大和切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的被測光纜通過光開關(guān)切換系統(tǒng)與所述的WDM光器件連接，所述的被測光纜為復(fù)數(shù)根。
【文檔編號】G01K11/32GK103644981SQ201310695223
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】陳兵 申請人:上海拜安傳感技術(shù)有限公司