CN106323503A

CN106323503A - 一种分布式光纤温度传感器及其***

Info

Publication number: CN106323503A
Application number: CN201610960700.4A
Authority: CN
Inventors: 朱晶晶; 汪姗姗; 尹康
Original assignee: Shanghai Teng Sheng Intelligent Security Polytron Technologies Inc
Current assignee: Shanghai Teng Sheng Intelligent Security Polytron Technologies Inc
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤温度传感器，包括：控制模块控制光源发射器产生脉冲光信号，及控制载波发生器产生本地载波信号；载波发生器将本地载波信号发送给调制器和解调器；脉冲光信号和本地载波信号在调制器的调制下得到调制光信号，经放大器和耦合器后发送至传感光纤，经传感光纤散射回的信号经过解调器解调和滤波器的滤波处理后发送给分光器，分光器分解出斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，并分别传送至光电探测器；光电探测器将光信号转换成电信号，并发送给数据分析模块，数据分析模块对电信号进行处理，得到感测到的温度值。本发明在探测温度过程中进行调制、解调和滤波的处理，减小了噪声对散射信号的影响，有较好的抗干扰性。

Description

一种分布式光纤温度传感器及其***

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体的说是涉及一种分布式光纤温度传感器及其***。

背景技术

当光在光纤中传输时，会产生瑞丽散射、布里渊散射和拉曼散射。其中，拉曼散射是由于光纤中分子的热运动与光子相互作用发生能量交换而产生的。因此，通常利用光传播的拉曼散射效应来测定温度。

但是，由于拉曼散射信号的信噪比较低，致使现有的光纤温度传感器抗干扰能力较差，在信号检测精度、信号处理能力等方面均达不到要求，所测量的温度精度较低，误差大，不能准确定位温度异常的位置，不能广泛应用于电力***、油罐、海底隧道等对温度监测要求较高且不易获得温度数据的场所。

因此，如何提供一种抗干扰能力强的光纤温度传感器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分布式光纤温度传感器，通过调制和解调，以及解调后的滤波处理，提高了散射信号的抗干扰能力，提高了光纤温度传感器的测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式光纤温度传感器，包括：光源发射器、调制器、放大器、载波发生器、耦合器、解调器、滤波器、分光器、两个光电探测器、控制模块和数据分析模块；

所述控制模块控制所述光源发射器产生脉冲光信号，且所述控制模块控制所述载波发生器产生本地载波信号；所述载波发生器将本地载波信号分别发送给所述调制器和所述解调器；脉冲光信号和本地载波信号在调制器的调制下得到调制光信号，所述放大器对所述调制光信号进行放大处理，并经过所述耦合器耦合后发送至传感光纤，将经过传感光纤散射回的信号通过所述耦合器发送给所述解调器，所述解调器将解调出的信号发送给所述滤波器进行滤波，所述滤波器将滤波后的信号发送给所述分光器，所述分光器分解出斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，并分别传送至所述光电探测器；所述光电探测器分别将斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号转换成斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号，并发送给所述数据分析模块，所述数据分析模块斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号进行处理，得到感测到的温度值。

可选的，所述放大器包括：EDFA掺铒光纤放大器。

可选的，还包括：显示模块；所述显示模块对所述温度值进行显示。

一种分布式光纤温度传感器***，包括：上述的分布式光纤温度传感器，与所述分布式光纤温度传感器相连的传感光纤，通过有线或无线网络与所述分布式光纤温度传感器相连的服务器，与所述服务器相连的至少一个监控终端；

所述分布式光纤温度传感器通过传感光纤对环境的温度进行测量，并将测量到的温度值通过有线或无线网络发送至所述服务器，所述监控终端通过所述服务器监测环境的温度值。

可选的，还包括：与所述分布式光纤温度传感器相连的报警装置；所述报警装置在所述温度值达到预设温度值时，发出报警信号，并通过有线或者无线方式将报警信号经所述服务器发送至所述监控终端。

可选的，还包括：设置于所述耦合器和所述传感光纤之间的恒温槽；所述恒温槽在测定环境温度之前标定所述分布式光纤温度传感器。

可选的，还包括：通过有线或无线方式与所述监控终端相连的现场手动报警装置；所述现场手动报警装置在出现意外情况时，通过人为手动的触发来向所述监控终端发出报警信号。

可选的，所述分布式光纤温度传感器包括底座和位于所述底座上的显示屏；其中设置在所述底座上的通信接口、电源接口、指示灯；所述显示屏通过电性方式与所述显示模块的输出端进行连接，所述电源接口接入220V/50Hz的电源；所述光源发射器、所述调制器、所述放大器、所述耦合器、所述解调器、所述滤波器、所述分光器、所述两个光电探测器、所述数据分析模块、所述控制模块、所述载波发生器均设置在所述底座的内部。

可选的，在所述分布式光纤温度传感器***中至少设置有一个所述分布式光纤温度传感器。

可选的，接收所述报警装置信号的降温装置以及消防联动主机，与所述消防联动主机进行信号传输的消防人员移动终端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的分布式光纤温度传感器首先将光信号通过调制和解调，以及解调后的滤波处理，提高了散射信号的抗干扰能力和稳定性，提高了光纤温度传感器的测量精度；其次在分布式光纤温度传感器***中，增加恒温槽来标定分布式光纤温度传感器，进一步提高了分布式光纤温度传感器***的测量精确度；最后本发明在分布式光纤温度传感器***中设置的报警装置，接收报警信号的降温装置、消防联动装置，通过网络与消防联动主机进行通信的消防人员移动终端，不仅提高了***的安全性，而且保障了设备的安全，同时便于消防人员及时采取紧急救护措施，极大地降低了温度异常的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种分布式光纤温度传感器的结构示意图；

图2为本发明提供的又一种分布式光纤温度传感器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种分布式光纤温度传感器***的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种分布式光纤温度传感器***的结构示意图；

图5为本发明提供的又一种分布式光纤温度传感器***的结构示意图；

图6为本发明名提供的一种分布式光纤温度传感器的结构图；

图7为本发明提供的一种分布式光纤温度传感器***的拓扑图。

在图6中：

802为底座、803为显示屏、8020为通信接口、8021为电源接口、8022为指示灯。

在图7中：

801为分布式光纤温度传感器、802为服务器、803为监控终端、804为报警装置、810为降温装置、820为消防联动主机、830为消防人员移动终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种分布式光纤温度传感器，本发明公开提供的分布式光纤温度传感器将光信号通过调制和解调，以及解调后的滤波处理，提高了散射信号的抗干扰能力和稳定性，提高了光纤温度传感器的测量精度。

如附图1所示的一种分布式光纤温度传感器，包括：光源发射器1、调制器2、放大器3、耦合器4、解调器5、滤波器6、分光器7、两个光电探测器8、数据分析模块9、控制模块10和载波发生器11；

控制模块10控制光源发射器1产生脉冲光信号，且控制模块10控制载波发生器11产生本地载波信号；载波发生器11分别将本地载波信号发送给调制器2和解调器5；脉冲光信号和本地载波信号在调制器2的调制下得到调制光信号，放大器3对调制光信号进行放大处理，并经过耦合器4耦合后发送至传感光纤，将经过传感光纤散射回的信号通过耦合器4发送给解调器5，所述解调器5将解调出的信号发送给所述滤波器6进行滤波，所述滤波器6将滤波后的信号发送给所述分光器7，分光器7分光器7分解出斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，并分别传送至光电探测器8；光电探测器8分别将斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号转换成斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号，并发送给数据分析模块9，数据分析模块9根据斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号进行处理，得到感测到的温度值。

散射回的信号中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，斯托克斯光的光强与温度无关，反斯托克斯光的光强是随着温度的变换而变化的。反斯托克斯光强

I_{as}

和斯托克斯光强

I_{s}

之比与温度的关系可以表示为：

\frac{I_{as}}{I_{s}} = a • e^{- \frac{hc v_{0}}{kT}}

其中，

a

为与温度相关的系数，

h

为普朗克常数，

c

为真空光速，

v_{0}

为入射光频率，

k

为玻尔兹曼常数，

T

为绝对温度。根据上述关系能够计算出温度值。

为了进一步优化上述技术方案，放大器3包括：EDFA掺铒光纤放大器。

EDFA的英文全称是Erbium-doped Optical Fiber Amplifier。

如附图2所示，为了进一步优化上述技术方案，还包括：显示模块12；显示模块12对温度值进行显示。

通过显示模块对感测到的温度进行显示，更加直观。

如附图3所示为本发明实施例提供的一种分布式光纤温度传感器***，包括：上述的分布式光纤温度传感器801、与分布式光纤温度传感器801相连的传感光纤，通过有线或无线网络与分布式光纤温度传感器801相连的服务器802，与服务器802相连的至少一个监控终端803；

分布式光纤温度传感器通过传感光纤对环境的温度进行测量，并将测量到的温度值通过有线或无线网络发送至服务器，监控终端通过服务器监测环境的温度值。

如附图4所示，为了进一步优化上述技术方案，还包括：与分布式光纤温度传感器801相连的报警装置804；报警装置804在温度值达到预设温度值时，发出报警信号，并通过有线或者无线方式将报警信号经所述服务器发送至监控终端803。

当感知到的温度超过预设温度值时，说明探测的环境温度已经超过了安全值，存在着潜在的风险，通过报警装置能够对超过预设温度值的情况进行报警，例如可以采用声光电报警方式。可以应用到火灾检测或者其他需要进行温度探测的场景。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：设置于分布式光纤温度传感器801和传感光纤之间的恒温槽805；恒温槽805在测定环境温度之前标定分布式光纤温度传感器801。

在分布式光纤温度传感器和传感光纤之间加上恒温槽，能够对分布式光纤温度传感器进行***标定，进一步提高***测量的准确性。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：通过有线或无线方式与监控终端803相连的现场手动报警装置；现场手动报警装置在出现意外情况时，通过人为手动的触发来向监控终端发出报警信号。

为了进一步优化上述技术方案，分布式光纤温度传感器801包括底座802和显示屏803；其中设置在底座802上的通信接口8020、电源接口8021、指示灯8022；显示屏803通过电性方式与显示模块12的输出端进行连接，电源接口8021接入220V/50Hz的电源；光源发射器1、调制器2、放大器3、耦合器4、解调器5、滤波器6、分光器7、两个光电探测器8、数据分析模块9、控制模块10和载波发生器11均设置在底座802的内部。

为了进一步优化上述技术方案，在分布式光纤温度传感器***中至少设置有一个分布式光纤温度传感器801。

为了进一步优化上述技术方案，接收报警装置804信号的降温装置810以及消防联动主机820，与消防联动主机820进行信号传输的消防人员移动终端830。

降温装置810根据电力***、油罐、海底隧道的规模设置多个，主要包括喷淋降温装置、干冰降温装置，并且上述场所大多同时设置喷淋降温装置和干冰降温装置。

报警装置通过有线或无线方式向消防联动主机发出报警信号，消防联动主机通过短信、邮件以及其他消息的形式将报警信息发送至消防人员移动终端；其中消防人员移动终端有多个，通过无线方式接收消防联动主机的通知。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种分布式光纤温度传感器，其特征在于，包括：光源发射器、调制器、放大器、耦合器、解调器、滤波器、分光器、两个光电探测器、数据分析模块、控制模块和载波发生器；

所述控制模块控制所述光源发射器产生脉冲光信号，且所述控制模块控制所述载波发生器产生本地载波信号；所述载波发生器将本地载波信号分别发送给所述调制器和所述解调器；脉冲光信号和本地载波信号在所述调制器的调制下得到调制光信号，所述放大器对所述调制光信号进行放大处理，并经过所述耦合器耦合后发送至传感光纤，将经过传感光纤散射回的信号通过所述耦合器发送给所述解调器，所述解调器将解调出的信号发送给所述滤波器进行滤波，所述滤波器将滤波后的信号发送给所述分光器，所述分光器分解出斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，并分别传送至所述光电探测器；所述光电探测器分别将斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号转换成斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号，并发送给所述数据分析模块，所述数据分析模块根据斯托克斯电信号和反斯托克斯电信号进行处理，得到感测到的温度值。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述放大器包括：EDFA掺铒光纤放大器。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感器，其特征在于，还包括：显示模块；所述显示模块对所述温度值进行显示。

4.一种分布式光纤温度传感器***，其特征在于，包括：权利要求1-3任意一项所述的分布式光纤温度传感器，与所述分布式光纤温度传感器相连的传感光纤，通过有线或无线网络与所述分布式光纤温度传感器相连的服务器，与所述服务器相连的至少一个监控终端；

5.根据权利要求4所述的分布式光纤温度传感器***，其特征在于，还包括：与所述分布式光纤温度传感器相连的报警装置；所述报警装置在所述温度值达到预设温度值时，发出报警信号，并通过有线或者无线方式将报警信号经所述服务器发送至所述监控终端。

6.根据权利要求4所述的分布式光纤温度传感器***，其特征在于，还包括：设置于所述耦合器和所述传感光纤之间的恒温槽；所述恒温槽在测定环境温度之前标定所述分布式光纤温度传感器。

7.根据权利要求4所述的分布式光纤温度传感器***，其特征在于，还包括：通过有线或无线方式与所述监控终端相连的现场手动报警装置；所述现场手动报警装置在出现意外情况时，通过人为手动的触发来向所述监控终端发出报警信号。

8.根据权利要求1所述的分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述分布式光纤温度传感器包括底座和位于所述底座上的显示屏；其中设置在所述底座上的通信接口、电源接口、指示灯；所述显示屏通过电性方式与所述显示模块的输出端进行连接，所述电源接口接入220V/50Hz的电源；所述光源发射器、所述调制器、所述放大器、所述耦合器、所述解调器、所述滤波器、所述分光器、所述两个光电探测器、所述数据分析模块、所述控制模块、所述载波发生器均设置在所述底座的内部。

9.根据权利要求5所述的分布式光纤温度传感器***，其特征在于，在所述分布式光纤温度传感器***中至少设置有一个所述分布式光纤温度传感器。

10.根据权利要求5所述的分布式光纤温度传感器***，其特征在于，接收所述报警装置信号的降温装置以及消防联动主机，与所述消防联动主机进行信号传输的消防人员移动终端。