分布式光纤温度监测电路和装置的制作方法

本实用新型涉及分布式光纤技术领域，尤其是涉及一种分布式光纤温度监测电路和装置。

背景技术：

传统的光纤温度监测采用外挂式传感器装置，体积较大，结构较为复杂，测量距离有限；此外，应用于上述光纤温度监测的光源需承受较大的脉冲电流，寿命普遍较短。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供分布式光纤温度监测电路和装置，无需外挂传感器测量，测量距离较长，且极大程度地延长光源使用寿命，节省成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种分布式光纤温度监测电路，包括：光源发生电路、光路耦合器、预处理单元、控制器和同步控制单元；

所述同步控制单元，与所述控制器相连接，用于根据所述控制器的第一控制信号输出同步电脉冲信号；

所述光源发生电路，分别与所述同步控制单元和所述控制器相连接，用于根据所述控制器的第二控制信号和所述同步控制单元的所述同步电脉冲信号，输出合成光脉冲，以使所述光脉冲经所述光路耦合器注入传感光纤，并生成布里渊后向散射光，其中，所述合成光脉冲包括探测光脉冲和泵浦光脉冲；

所述预处理单元，与所述光路耦合器相连接，用于对所述布里渊后向散射光进行预处理，得到预处理结果，并发送至所述控制器；

所述控制器，用于发送所述第一控制信号和所述第二控制信号，并根据所述预处理结果得到监测结果。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光源发生电路包括第一激光生成器、第二激光生成器、第一光隔离器、第一波分复用器、处理单元、分光器和反馈单元；

所述第一激光生成器，与所述同步控制单元相连接，用于对所述同步控制单元发送的所述同步电脉冲信号的脉冲宽度进行调制整形，并生成相对应重复频率和脉冲宽度的探测光脉冲；

所述第一光隔离器，与所述第一激光生成器相连接，用于对所述探测光脉冲进行噪声滤除操作；

所述第二激光生成器，与所述控制器相连接，用于根据所述控制器发送的所述第二控制信号，得到相应大小的驱动电流，进而生成泵浦光脉冲；

所述第一波分复用器，分别与所述第一光隔离器和所述第二激光生成器相连接，用于将去噪的探测光脉冲与所述泵浦光脉冲合成一束，并发送至所述处理单元；

所述处理单元，与所述第一波分复用器相连接，用于对合成光进行过滤吸收再去噪处理，得到所述合成光脉冲；

所述分光器，与所述处理单元相连接，用于进行分光处理，将所述合成光脉冲分别发送至输出接口和所述反馈单元；

所述反馈单元，与所述分光器相连接，用于根据所述合成光脉冲生成反馈信号，并发送至所述控制器。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一激光生成器包括脉冲整形电路、第一驱动电路和探测光激光器；

所述脉冲整形电路，与所述同步控制单元相连接，用于对所述同步电脉冲信号的脉冲宽度进行调制整形；

所述第一驱动电路，分别与所述脉冲整形电路和所述探测光激光器相连接，用于根据调制后的电脉冲信号，生成相应大小的第一驱动电流，以驱动所述探测光激光器生成相应重复频率和脉冲宽度的探测光脉冲。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第二激光生成器包括第二驱动电路和泵浦光激光器；

所述第二驱动电路，用于根据所述控制器发送的所述第二控制信号生成相应大小的第二驱动电流，以驱动所述泵浦光激光器生成相应重复频率和脉冲宽度的泵浦光脉冲。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述处理单元包括掺饵光纤放大器、第二光隔离器、光滤波器和可饱和吸收体；

所述掺饵光纤放大器，与所述第一波分复用器相连接，用于对所述合成光脉冲进行放大操作；

所述第二光隔离器，与所述掺饵光纤放大器相连接，用于进行再去噪操作；

所述光滤波器，与所述第二光隔离器相连接，用于进行过滤操作；

所述可饱和吸收体，与所述光滤波器相连接，用于进行吸收噪声操作，得到所述合成光脉冲。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述反馈单元包括光衰减器和光探测器；

所述光衰减器，与所述分光器相连接，用于将所述合成光脉冲进行衰减，并发送至所述光探测器；

所述光探测器，分别与所述光衰减器和所述控制器相连接，用于根据所合成光脉冲生成反馈信号，并发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述反馈信号调节所述第一控制信号和所述第二控制信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括分别与所述传感光纤和传导光纤相连接的恒温箱，用于监测所述传感光纤的参数状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述预处理单元包括第二波分复用器、第一预处理电路和第二预处理电路；

所述第二波分复用器，与所述光路耦合器相连接，用于将所述合成光脉冲进行分离，以使所述第一预处理电路和所述第二预处理电路分别对分离的探测光脉冲和泵浦光脉冲进行预处理操作。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述预处理电路包括依次相连接的滤波器件、放大电路、光电转换模块和模数转换电路。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种分布式光纤温度监测装置，包括如上所述的分布式光纤温度监测电路，还包括与所述分布式光纤温度监测电路相连接的上位机。

本实用新型提供了一种分布式光纤温度监测电路和装置，通过控制器发送的第一控制信号控制同步控制单元输出同步电脉冲信号，光源发生电路基于同步电脉冲信号和控制器发送的第二控制信号和对光源发生电路中的驱动电流大小进行调整，进而生成相应重复频率和脉冲宽度的光脉冲，上述光脉冲经过光路耦合器注入传感光纤，光脉冲在传感光纤中向前传播的同时，产生向后传播的后向布里渊散射光，后向布里渊散射光通过预处理单元进行过滤去噪等处理，经控制器对输出的监测结果信号的采样、处理并解调出温度，然后再传输到计算机上进行处理和定标，并在计算机监控界面上显示出温度数据和图像等相关信息，实现实时监测功能；

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的分布式光纤温度监测电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

传统的光纤温度监测采用外挂式传感器装置，体积较大，结构较为复杂，测量距离有限；此外，应用于上述光纤温度监测的光源需承受较大的脉冲电流，寿命普遍较短。

基于此，本实用新型实施例提供的一种分布式光纤温度监测电路和装置，无需外挂传感器测量，测量距离较长，且极大程度地延长光源使用寿命，节省成本。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的分布式光纤温度监测电路结构示意图。

参照图1，本实用新型实施例提供的分布式光纤温度监测电路包括光源发生电路、光路耦合器、预处理单元、控制器和同步控制单元；

同步控制单元，与控制器相连接，用于根据控制器的第一控制信号输出同步电脉冲信号；

光源发生电路，分别与同步控制单元和控制器相连接，用于根据控制器的第二控制信号和同步控制单元的同步电脉冲信号，输出合成光脉冲，以使光脉冲经光路耦合器注入传感光纤，并生成布里渊后向散射光，其中，合成光脉冲包括探测光脉冲和泵浦光脉冲；

预处理单元，与光路耦合器相连接，用于对布里渊后向散射光进行预处理，得到预处理结果，并发送至控制器；

控制器，用于发送第一控制信号和第二控制信号，并根据预处理结果得到监测结果。

具体地，本实用新型实施例采用布里渊散射技术，可实现一根光纤替代传统在线监测产品的所有外挂装置传感器，可选用每米布设1个监测点的操作，实现对整条光纤的分布式在线监测，且实现在线测量距离达到传统监测距离的5倍以上，通过控制器发送的第一控制信号控制同步控制单元输出同步电脉冲信号，光源发生电路基于同步电脉冲信号和控制器发送的第二控制信号和对光源发生电路中的驱动电流大小进行调整，进而生成相应重复频率和脉冲宽度的光脉冲，上述光脉冲经过光路耦合器注入传感光纤，光脉冲在传感光纤中向前传播的同时，产生向后传播的后向布里渊散射光，后向布里渊散射光通过预处理单元进行过滤去噪等处理，经控制器对输出的监测结果信号的采样、处理并解调出温度，然后再传输到计算机上进行处理和定标，并在计算机监控界面上显示出温度数据和图像等相关信息，实现实时监测功能。

需要说明的是，控制器包括ARM和DSP控制芯片和外围设计电路，本领域技术人员能够获知上述控制器电路组成，上述监测结果的采样、处理、解调方法均为现有软件处理方法或适应性应用，本领域技术人员也能够获知；

进一步的，预处理单元包括第二波分复用器、第一预处理电路和第二预处理电路；第二波分复用器，与光路耦合器相连接，用于将合成光脉冲进行分离，以使第一预处理电路和第二预处理电路分别对分离的探测光脉冲和泵浦光脉冲进行预处理操作。预处理电路包括依次相连接的滤波器件、放大电路、光电转换模块和模数转换电路，其中，光电转换模块包括雪崩光电二极管。

上述合成光脉冲通过第二波分复用器按照波长进行分离，分别得到探测光脉冲和泵浦光脉冲，上述光脉冲经滤波器件进行光滤波后，再经过雪崩光电二极管的光电转换，再由ARM目标板进行控制和模数转换，最后由以DSP系统为核心的信号处理模块完成对输出的监测结果信号的采样、处理；

进一步的，为了延长光源的使用寿命，需要采用较小的驱动电流，这里，光源发生电路包括第一激光生成器、第二激光生成器、第一光隔离器、第一波分复用器、处理单元、分光器和反馈单元，在光源发生电路的外表面设置有保护外壳；

第一激光生成器，与同步控制单元相连接，用于对同步控制单元发送的同步电脉冲信号的脉冲宽度进行调制整形，并生成相对应重复频率和脉冲宽度的探测光脉冲；

第一光隔离器，与第一激光生成器相连接，用于对探测光脉冲进行噪声滤除操作；

第二激光生成器，与控制器相连接，用于根据控制器发送的第二控制信号，得到相应大小的驱动电流，进而生成泵浦光脉冲；

第一波分复用器，分别与第一光隔离器和第二激光生成器相连接，用于将去噪的探测光脉冲与泵浦光脉冲合成一束，并发送至处理单元；

处理单元，与第一波分复用器相连接，用于对合成光进行过滤吸收再去噪处理，得到合成光脉冲；

其中，处理单元包括掺饵光纤放大器、第二光隔离器、光滤波器和可饱和吸收体；

掺饵光纤放大器，与第一波分复用器相连接，用于对合成光脉冲进行放大操作；

第二光隔离器，与掺饵光纤放大器相连接，用于进行再去噪操作；

光滤波器，与第二光隔离器相连接，用于在频域角度进行过滤操作；

可饱和吸收体，与光滤波器相连接，用于在时域角度进行吸收噪声操作，得到合成光脉冲。

通过上述器件对合成光脉冲进行处理，实现去噪的目的，通过频域、时域双重手段，本实用新型实施例产生的合成光脉冲的信噪比得到了较大地提高；

分光器，与处理单元相连接，用于进行分光处理，将合成光脉冲分别发送至输出接口和反馈单元，合成光脉冲通过输出接口传至光路耦合器；

反馈单元，与分光器相连接，用于根据合成光脉冲生成反馈信号，并发送至控制器。

这里，反馈单元包括光衰减器和光探测器；

光衰减器，与分光器相连接，用于将合成光脉冲进行衰减，并发送至光探测器；

光探测器，分别与光衰减器和控制器相连接，用于根据所合成光脉冲生成反馈信号，并发送至控制器，以使控制器根据反馈信号调节第一控制信号和第二控制信号，以保证第一控制信号和第二控制信号生成的驱动电流与生成的合成光脉冲达成平衡，即在驱动电流较小的情况下，能够产生满足要求的合成光脉冲。

光源发生电路的器件都设计在一块印制电路板上，其中，电路元器件都直接焊接在电路板上，光器件可采用夹具固定在电路板上，光纤盘绕在电路板上并且使用线卡固定。探测光激光器和泵浦光激光器的外壳使用导热硅脂与光源发生电路保护外壳紧密接触，以便于散热。光源发生电路保护外壳中露出的全部光器件的输入端和输出端都采用光纤，光器件之间的连接均采用光纤熔接机熔接，并且加热缩套管进行保护。

进一步的，第一激光生成器包括脉冲整形电路、第一驱动电路和探测光激光器；

脉冲整形电路，与同步控制单元相连接，用于对同步电脉冲信号的脉冲宽度进行调制整形；

第一驱动电路，分别与脉冲整形电路和探测光激光器相连接，用于根据调制后的电脉冲信号，生成相应大小的第一驱动电流，以驱动探测光激光器生成相应重复频率和脉冲宽度的探测光脉冲。

进一步的，第二激光生成器包括第二驱动电路和泵浦光激光器；

第二驱动电路，用于根据控制器发送的第二控制信号生成相应大小的第二驱动电流，以驱动泵浦光激光器生成相应重复频率和脉冲宽度的泵浦光脉冲。

这里，根据控制器控制信号生成的驱动电流较小，不会对探测光激光器和泵浦光激光器等光器件造成损伤，进一步实现延长光源使用寿命的目的；

进一步的，还包括分别与传感光纤和传导光纤相连接的恒温箱，用于监测传感光纤的参数状态；

作为一种可选的实施例，还包括与恒温箱配合操作的报警装置和执行机构，在恒温箱检测到传感光纤异常的情况下，报警装置进行示警，并控制执行机构进行散热操作；

在一些实际应用的优选实施例中，恒温箱可将监测的光纤参数发送至控制器进行存储分析；

进一步的，本实用新型实施例还提供一种分布式光纤温度监测装置，包括如上所述的分布式光纤温度监测电路，还包括与分布式光纤温度监测电路相连接的上位机。

本实用新型实施例提供的分布式光纤温度监测装置，与上述实施例提供的分布式光纤温度监测电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。