基于光纤的温度监测方法以及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤的温度监测方法以及系统，所述温度监测方法包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。通过上述方式，能够方便、精确地电缆温度进行监测，且结构简单、布设方便、耐高温，能够有效降低监测成本。
【专利说明】
基于光纤的溫度监测方法从及系统
技术领域
[0001] 本发明设及光纤传感技术领域，特别是设及一种基于光纤的溫度监测方法W及系 统。
【背景技术】
[0002] 地下电缆的安全检测直接关系到周边安全，可通过多种指标来体现。溫度监测是 其中比较关键的一个因素。
[0003] 目前常用的电缆溫度检测系统主要有感溫电缆式测溫系统W及热敏电阻式测溫 系统。感溫电缆式测溫系统是将感溫电缆与电缆平行安放，当电缆溫度超过固定溫度值时， 感测电缆被短路，但是该系统只能是一次性使用，不能对数量较多的电缆进行检测，而且系 统安装W及维护也不方便，设备比较容易损坏，也不能进行溫度显示，因此，该系统不能进 行早期故障预测且不能进行溫度趋势分析。
[0004] 热敏电阻是测溫系统，虽然可W对溫度进行显示，但是由于其每个热敏电阻都需 要独立的接线、布线，不仅操作复杂且热敏电阻容易损坏，加之其数量本身较大，因此，维护 工作量巨大，成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种基于光纤的溫度监测方法W及系统，能够 方便、精确地电缆溫度进行监测，且结构简单、布设方便、耐高溫，能够有效降低监测成本。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于光纤的溫度 监测方法，所述溫度监测方法包括：
[0007] 获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；
[000引对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率光；
[0009] 分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第二电 信号；
[0010] 通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点 的测量溫度。
[0011] 其中，所述通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所 述测量点的测量溫度的步骤之后还包括：
[0012] 获取参考光纤的测量溫度W及实际溫度;其中，所述参考光纤设置在所述光信号 的传输路径上，所述参考光纤的测量溫度的获取方式与所述测量点的测量溫度的获取方式 相同；
[0013] 参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量溫度 得到所述测量点的实际溫度。
[0014] 其中，所述参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点 的测量溫度得到所述测量点的实际溫度的步骤包括：
[0015] 根据公式I
求得所述测量点的实际溫度T，
[0016] 其中，所述R(T)为所述测量点的测量溫度，所述R(To)为所述参考光纤的测量溫 度，所述To为所述参考光纤的实际溫度，h为普朗克常数，C为光速，y为波尔兹曼常数，所述k 为玻尔兹曼常数，其中，K = I.3806488(13) Xicr-23J/K。
[0017] 其中，所述溫度检测方法还包括：
[0018] 判断所述测量点当前的实际溫度与之前得到的实际溫度间是否发生超过设定值 的变化；
[0019] 若是，则发出所述测量点的溫度发生变化的警报。
[0020] 其中，所述第一电信号为第一电压值，所述第二点信号为第二电压值，
[0021] 所述通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测 量点的测量溫度的步骤具体包括：
[0022] 根据所述第一电压值W及第二电压值分别获取所述第一频率光的第一光强W及 第二频率光的第二光强；
[0023] 将所述第一光强和所述第二光强的比值确定为所述测量点的测试溫度。
[0024] 其中，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信 号W及第二电信号的步骤之后，所述方法还包括：
[0025] 对所述第一电信号W及第二电信号分别进行卡尔曼滤波。
[0026] 其中，所述获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光的步骤之后，还包括：
[0027] 通过所述返回的拉曼散射光的传输时间W及所述拉曼散射光的传输速度，确定所 述测量点的位置。
[0028] 其中，所述对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率光 的步骤具体包括：
[0029] 将50%的拉曼散射光信号禪合到所述分光器中，W得到第一频率光W及第二频率 光，其中，所述第一频率光为斯托克斯光，所述第二频率光为反斯托克斯光。
[0030] 为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种基于光纤的溫 度监测系统，
[0031] 所述溫度监测系统包括:传感光纤、光禪合器W及光处理装置，其中所述光禪合器 设置在所述传感光纤的传输路径上，所述光处理装置与所述光禪合器电路连接；
[0032] 所述光处理装置包括分光器、第一信号转换单元、第二信号转换单元W及信号处 理单元，所述第一信号转换单元W及所述第二信号转换单元分别与所述分光器W及信号处 理单元连接；
[0033] 所述光禪合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；
[0034] 所述分光器用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二 频率光；
[0035] 所述第一转换单元用于对所述第一频率光进行光电转换，得到第一电信号;所述 第二转换单元用于对所述第二频率光进行光电转换，得到第二电信号；
[0036] 所述信号处理单元用于通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对 应关系得到所述测量点的测量溫度。
[0037] 其中，所述信号处理单元还用于获取参考光纤的测量溫度W及实际溫度;其中，所 述参考光纤设置在所述光信号的传输路径上，所述参考光纤的测量溫度的获取方式与所述 测量点的测量溫度的获取方式相同；
[0038] 参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量溫度 得到所述测量点的实际溫度。
[0039] 本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实施方式首先获取传感光纤的 测量点返回的拉曼散射光，再对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频 率光，分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第二电信号，最 后通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点的测量 溫度。通过上述方式，不仅可W精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中， 精度可W达到0.67米。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监 测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过 程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐 水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可W精确的实现远程监测，还能够有效降低 传感器本身的维护成本，进而降低整个监测系统的运营成本。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明基于光纤的溫度监测方法一实施方式的流程示意图；
[0041] 图2是本发明基于光纤的溫度监测方法另一实施方式的流程示意图；
[0042] 图3是本发明基于光纤的溫度监测系统一实施方式的结构示意图；
[0043] 图4是本发明基于光纤的溫度监测系统另一实施方式的结构示意图；
[0044] 图5是本发明基于光纤的溫度监测系统再一实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0045] 参阅图1，图1是本发明基于光纤的溫度检测方法一实施方式的流程示意图。如图1 所示，本实施方式的溫度监测方法包括如下步骤：
[0046] 101:获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光。
[0047] 由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高溫、抗电磁干扰等优点，本实施方 式中将光管本身作为溫度传感器来采集溫度。适用于地下或井下如煤矿电缆溫度监测等， 还可W应用于其他对于溫度敏感的恶劣环境，在此不做限定。
[0048] 为了对监测点的溫度进行测量，激光发生器在传感光纤的起始位置发出激光，该 激光在光脉冲调制器的调制作用下，形成设定周期和持续时间的短的脉冲光，该脉冲光在 通过光禪合器在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中，由于脉冲光与光纤分子发生相 互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光子作用发生能量交换而形成的 拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路返回至光禪合器。
[0049] 对应地，通过光禪合器获取传感光纤的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。
[0050] 102:对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率光。
[0051] 拉曼散射光在产生的过程中，由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交 换，一部分光能转换成热振动，产生一个比光源脉冲光波长长的第一频率光，即斯托克斯 光，一部分热振动转换成光能，产生一个比光脉冲波长短的第二频率光，即反斯托克斯光。 其中，该第一频率光和第二频率光的波长的偏移量由传感光纤组成元素的固定属性决定。
[0052] 具体地，本实施方式的光禪合器在接收到该拉曼散射光后，将拉曼散射光信号禪 合到所述分光器中，W得到第一频率光W及第二频率光。
[0053] 在一个优选的实施方式中，光禪合器将50%的拉曼散射光信号禪合到所述分光器 中。
[0054] 103:分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第 二电信号。
[0055] 正如上述所分析，由于脉冲光在传输过程中，会产生各种不同类型的散射光，因 此，拉曼散射光中可能还夹杂着其他类型的散射光和干扰光，为了使溫度监测更加准确，需 要尽量的保证分光后的第一频率光和第二频率光的纯净。因此，在分光器对拉曼散射光进 行分光得到第一频率光W及第二频率光后，分别将该两路不同频率的光进行处理。
[0056] 具体地，首先分别对该两路不同频率的光进行带通滤波处理，得到比较纯净的第 一频率光和第二频率光，然后再对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光 电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号。
[0057] 其中，该第一电信号为第一电压值，第二电信号为第二电压值。
[0058] 其中，本实施方式中通过雪崩光电二极管APD对经过带通滤波处理后的第一频率 光和第二频率光进行光电转换和放大。在其他实施方式中，也可W通过其他器件对经过带 通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电和放大，在此不做限定。
[0059] 104:通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测 量点的测量溫度。
[0060] 在得到第一电信号和第二电信号W后，为了使监测结果更加精确，进一步地对第 一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。
[0061] 在一个具体的实施方式中，用matlab实现对第一电信号和第二电信号的卡尔曼滤 波，W滤出噪声，得到纯净的第一电信号和第二电信号。
[0062] 由于拉曼散射光的光强度与溫度有关，即可W通过第一频率光的第一光强与第二 频率光的第二光强的比值确定测量点的测试溫度。
[0063] 具体地，第一光强与第一电信号即第一电压值存在对应关系，第二光强与第二电 信号即第二电压值存在对应关系，因此，可根据第一电压值获取第一光强，根据第二电压值 获取第二光强。在通过公式
巧定测量点的溫度R(T),其中，Ia为第一光强，Is为第 二光强。
[0064] 通过上述方式，可W精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精 度可W达到0.67米。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测 的同时大大降低误报和漏报率。
[0065] 由于在实际测量测量点的溫度时，波长不同的第一频率光和第二频率光的衰减存 在差异，和探测器对二者的响应也存在差异，因此，即使对第一电信号和第二电信号进行了 多次滤波处理，仍然存在误差。本实施方式中通过参考光纤来消除该误差。
[0066] 具体地参阅图2,图2是本发明基于光纤的溫度监测方法另一实施方式的流程示意 图。本实施方式在通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述 测量点的测量溫度的步骤之后还包括：
[0067] 205:获取参考光纤的测量溫度W及实际溫度；。
[0068] 其中，该参考光纤设置在光信号即脉冲光的传输路径上。可选地，为了减小误差， 该参考光纤设置在该传感光纤的前200米。
[0069] 具体地，首先获取该参考光纤的的测量溫度和实际溫度。其中，该参考光纤的测量 溫度的获取方式与上述测量点的测量溫度的获取方式相同，在此不再寶述。该实际溫度为 该参考光纤存储在恒溫箱的溫度。在【具体实施方式】中，该实际溫度可通过一个电压值来对 应。
[0070] 206:参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量 溫度得到所述测量点的实际溫度。
[0071 ]具体地，通过公式1来求得测量点的实际溫度T，公式1如下所示
。其中，所述R(T)为所述测量点的测量溫度，所述R(To)为所 述参考光纤的测量溫度，所述To为所述参考光纤的实际溫度，h为普朗克常数，C为光速，y为 波尔兹曼常数，所述k为玻尔兹曼常数，其中，K = I.3806488(13) Xicr-23J/K。
[0072] 通过上述方式，能够进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同而产生的 衰减差异和响应差异，提高监测到的测量点的溫度。
[0073] 在上述任一实施实施方式中，在得到测量点的实际溫度后，为了进一步确定该采 样点的实际溫度是否存在异常，如大幅度提高或降低，需进一步对该监测点的溫度进行判 断。
[0074] 具体地，将该测量点当前的实际溫度与前一时刻得到的实际溫度相比较，判断所 述测量点当前的实际溫度与之前得到的实际溫度间是否发生超过设定值的变化，如果发生 变化，进一步判断该变化是否在预设范围内，如果在预设范围内，则代表该测量点的溫度正 常。如果该变化不在预设范围没，则发出该测量点溫度发生变化的报警。
[0075] 在上述任一实施方式中，在得到测量点溫度后，进一步确定该测量点位于传感光 纤的位置，即实现对检测点的定位。
[0076] 在一个可选实施实施方式中，通过返回光禪合器的拉曼散射光的传输时间W及该 拉曼散射光的传输速度，即距离二传输时间*传输速度的原理确定该测量点的位置。
[0077] 在另一个具体的实施方式中，根据拉曼散射光的信号采样频率来确定测量点的位 置，比如，采样频率为150MHZ，每秒采集150M个数据，所W每个数据点对应的时间为t = l/ 1.5ns，如果光在光纤中的传播速度为c = 2*l〇V/s，则两个采样点之间对应的实际距离S为 s = ct = 2*108* (1/1.5)=0.65m。在根据间隔的采样点的数量确定距离。
[0078] 在上述任一实施方式中，对第一电信号即第一电压值和第二电信号即第二电压值 进行处理的装置同时给将激光器发出的激光形成设定周期和持续时间的短的脉冲光的光 脉冲调制器提供时钟，因此，该处理装置与光脉冲调制器的工作时钟同步。
[0079] 区别于现有技术，本实施方式首先获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光，再 对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率光，分别对第一频率光和第 二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第二电信号，最后通过所述第一电信号W及 第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点的测量溫度。通过上述方式，不仅可 W精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精度可W达到0.67米。而且将 光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏 报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电 磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无 需中继的情况下，可W精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而 降低整个监测系统的运营成本。
[0080] 另外，在光信号的传输路径上设置参考光纤，通过参考该参考光纤的测量溫度与 实际溫度之间的关系，进一步地根据测量点的测量溫度得到测量点的实际溫度，通过该实 际溫度最终代表该测量点的溫度，能够进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同 而产生的衰减差异和响应差异，提高监测到的测量点的溫度。
[0081] 另外，在确定测量点的实际溫度后，判断当前的实际溫度与之前得到的实际溫度 间是否发生超过设定值的变化，并在发生变化时发出所述测量点的溫度发生变化的警报， 能够实现精确远程的检测。
[0082] 参阅图3,图3是本发明基于光纤的溫度监测系统一实施方式的结构示意图。
[0083] 如图3所示，本实施方式的溫度检测系统包括传感光纤301、光禪合器302 W及光处 理装置303,其中，该光禪合器302与光处理装置303电路连接，进一步如图3所示，该光处理 装置303包括分光器3031、第一信号转换单元3032、第二信号转换单元3033W及信号处理单 元3034,其中，该第一信号转换单元3032W及第二信号转换单元3033分别与分光器3031W 及信号处理单元3034电路连接。
[0084] 该光禪合器302用于获取传感光纤301的测量点返回的拉曼散射光。
[0085] 由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高溫、抗电磁干扰等优点，本实施方 式中将光管本身作为溫度传感器来采集溫度。适用于地下或井下如煤矿电缆溫度监测等， 还可W应用于其他对于溫度敏感的恶劣环境，在此不做限定。
[0086] 为了对监测点的溫度进行测量，进一步如图4所示，激光发生器404在传感光纤401 的起始位置发出激光，该激光在光脉冲调制器405的调制作用下，形成设定周期和持续时间 的短的脉冲光，该脉冲光在通过光禪合器401在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中， 由于脉冲光与光纤分子发生相互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光 子作用发生能量交换而形成的拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路 返回至光禪合器402。
[0087] 对应地，光禪合器获取传感光纤的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。
[0088] 分光器3031用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二 频率光。
[0089] 进一步参阅图3,拉曼散射光在产生的过程中，由于光纤分子的热振动和光子相互 作用发生能量交换，一部分光能转换成热振动，产生一个比光源脉冲光波长长的第一频率 光，即斯托克斯光，一部分热振动转换成光能，产生一个比光脉冲波长短的第二频率光，即 反斯托克斯光。其中，该第一频率光和第二频率光的波长的偏移量由传感光纤组成元素的 固定属性决定。
[0090] 具体地，本实施方式的光禪合器302在接收到该拉曼散射光后，将拉曼散射光信号 禪合到所述分光器3031中，分光器3031对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率 光W及第二频率光。
[0091] 在一个优选的实施方式中，光禪合器302将50%的拉曼散射光信号禪合到所述分 光器3031中。
[0092] 第一转换单元3032用于对所述第一频率光进行光电转换，得到第一电信号;所述 第二转换单元3033用于对所述第二频率光进行光电转换，得到第二电信号。
[0093] 正如上述所分析，由于脉冲光在传输过程中，会产生各种不同类型的散射光，因 此，拉曼散射光中可能还夹杂着其他类型的散射光和干扰光，为了使溫度监测更加准确，需 要尽量的保证分光后的第一频率光和第二频率光的纯净。因此，在分光器3031对拉曼散射 光进行分光得到第一频率光W及第二频率光后，分别将该两路不同频率的光进行处理。
[0094] 具体地，第一转换单元3032对第一频率光进行带通滤波处理，然后再对经过带通 滤波处理后的第一频率光进行光电转换和放大，得到第一电信号。第二转换单元3033对第 二频率光进行带通滤波处理，然后再对经过带通滤波处理后的第二频率光进行光电转换和 放大，得到第二电信号。
[00M]其中，该第一电信号为第一电压值，第二电信号为第二电压值。
[0096] 其中，本实施方式中第一转换单元3032W及第二转换单元3033是通过雪崩光电二 极管AH)对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行光电转换和放大。在其他 实施方式中，也可W通过其他器件对经过带通滤波处理后的第一频率光和第二频率光进行 光电和放大，在此不做限定。
[0097] 信号处理单元3034用于通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对 应关系得到所述测量点的测量溫度。
[0098] 在得到第一电信号和第二电信号W后，为了使监测结果更加精确，信号处理单元 3034进一步地对第一电信号和第二电信号进行卡尔曼滤波。
[0099] 在一个具体的实施方式中，信号处理单元3034用matlab实现对第一电信号和第二 电信号的卡尔曼滤波，W滤出噪声，得到纯净的第一电信号和第二电信号。
[0100] 由于拉曼散射光的光强度与溫度有关，信号处理单元3034即可W通过第一频率光 的第一光强与第二频率光的第二光强的比值确定测量点的测试溫度。
[0101] 具体地，第一光强与第一电信号即第一电压值存在对应关系，第二光强第二电信 号即第二电压值存在对应关系，因此，信号处理单元3034可根据第一电压值获取第一光强， 根据第二电压值获取第二光强。在通过公式
巧定测量点的溫度R(T),其中，Ia为 第一光强，Is为第二光强。
[0102] 通过上述方式，可W精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精 度可W达到0.67米。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测 的同时大大降低误报和漏报率。
[0103] 由于在实际测量测量点的溫度时，波长不同的第一频率光和第二频率光的衰减存 在差异，和探测器对二者的响应也存在差异，因此，即使对第一电信号和第二电信号进行了 多次滤波处理，仍然存在误差。本实施方式中通过参考光纤来消除该误差。
[0104] 进一步如图5所示，光信号即脉冲光的传输路径上还包括恒溫箱506,该恒溫箱中 设置有参考光纤，且保存有参考光纤的实际溫度。
[0105] 可选地，为了减小误差，该设置参考光纤的恒溫箱506设置在该传感光纤的前200 米。
[0106] 具体地，信号处理单元5034获取该参考光纤的的测量溫度和实际溫度。其中，该参 考光纤的测量溫度的获取方式与上述测量点的测量溫度的获取方式相同，在此不再寶述。 该实际溫度为该参考光纤存储在恒溫箱的溫度。在【具体实施方式】中，该实际溫度可通过一 个电压值来对应。
[0107] 信号处理单元5034进一步参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系， 由所述测量点的测量溫度得到所述测量点的实际溫度。
[0108] 具体地，信号处理单元5034通过公式1来求得测量点的实际溫度T，公式1如下所示
其中，所述R(T)为所述测量点的测量溫度，所述R(To)为 所述参考光纤的测量溫度，所述To为所述参考光纤的实际溫度，h为普朗克常数，C为光速，y 为波尔兹曼常数，所述k为玻尔兹曼常数，其中，K = I.3806488(13) Xicr-23J/K。
[0109] 通过上述方式，能够进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同而产生的 衰减差异和响应差异，提高监测到的测量点的溫度。
[0110] 在上述任一实施实施方式中，信号处理单元在得到测量点的实际溫度后，为了进 一步确定该采样点的实际溫度是否存在异常，如大幅度提高或降低，需进一步对该监测点 的溫度进行判断。
[0111] 具体地，信号处理单元将该测量点当前的实际溫度与前一时刻得到的实际溫度相 比较，判断所述测量点当前的实际溫度与之前得到的实际溫度间是否发生超过设定值的变 化，如果发生变化，进一步判断该变化是否在预设范围内，如果在预设范围内，则代表该测 量点的溫度正常。如果该变化不在预设范围没，则发出该测量点溫度发生变化的报警。
[0112] 在上述任一实施方式中，在得到测量点溫度后，信号处理单元进一步确定该测量 点位于传感光纤的位置，即实现对检测点的定位。
[0113] 在一个可选实施实施方式中，信号处理单元通过返回光禪合器的拉曼散射光的传 输时间W及该拉曼散射光的传输速度，即距离=传输时间*传输速度的原理确定该测量点 的位置。
[0114] 在另一个具体的实施方式中，信号处理单元根据拉曼散射光的信号采样频率来确 定测量点的位置，比如，采样频率为150MHZ，每秒采集150M个数据，所W每个数据点对应的 时间为t = 1/1.5ns，如果光在光纤中的传播速度为C = 2*108m/s，则两个采样点之间对应的 实际距离S为s = ct = 2*108*(l/1.5)=0.65m。在根据间隔的采样点的数量确定距离。
[0115] 在上述任一实施方式中，对第一电信号即第一电压值和第二电信号即第二电压值 进行处理的信号处理单元同时给将激光器发出的激光形成设定周期和持续时间的短的脉 冲光的光脉冲调制器提供时钟，因此，该信号处理单元与光脉冲调制器的工作时钟同步。如 图4中信号处理单元4034与光脉冲调制器405电路连接，图5中信号处理单元5034与光脉冲 调制器505电路连接。
[0116] 区别于现有技术，本实施方式溫度监测系统的光禪合器获取传感光纤的测量点返 回的拉曼散射光，分光器对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率 光，第一转换单元用于对第一频率光进行光电转换，得到第一电信号;第二转换单元用于对 第二频率光进行光电转换，得到第二电信号，信号处理单元通过所述第一电信号W及第二 电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点的测量溫度。通过上述方式，不仅可W精 确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精度可W达到0.67米。而且将光纤 本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。 而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干 扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中 继的情况下，可W精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低 整个监测系统的运营成本。
[0117] 另外，在光信号的传输路径上设置参考光纤，通过参考该参考光纤的测量溫度与 实际溫度之间的关系，进一步地根据测量点的测量溫度得到测量点的实际溫度，通过该实 际溫度最终代表该测量点的溫度，能够进一步消除第一频率光和第二频率光由于波长不同 而产生的衰减差异和响应差异，提高监测到的测量点的溫度。
[0118] 另外，在确定测量点的实际溫度后，判断当前的实际溫度与之前得到的实际溫度 间是否发生超过设定值的变化，并在发生变化时发出所述测量点的溫度发生变化的警报， 能够实现精确远程的检测。
[0119] W上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的 技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于光纤的溫度监测方法，其特征在于，所述溫度监测方法包括： 获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光； 对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率光； 分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第二电信 号； 通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点的测 量溫度。2. 根据权利要求1所述的溫度监测方法，其特征在于，所述通过所述第一电信号W及第 二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点的测量溫度的步骤之后还包括： 获取参考光纤的测量溫度W及实际溫度;其中，所述参考光纤设置在光信号的传输路 径上，所述参考光纤的测量溫度的获取方式与所述测量点的测量溫度的获取方式相同； 参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量溫度得到 所述测量点的实际溫度。3. 根据权利2所述的溫度监测方法，其特征在于，所述参考所述参考光纤的测量溫度与 实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量溫度得到所述测量点的实际溫度的步骤包括： 根据公式]1^得所述测量点的实际溫度1'， 其中，所述R(T)为所述测量点的测量溫度，所述R(To)为所述参考光纤的测量溫度，所述 To为所述参考光纤的实际溫度，h为普朗克常数，C为光速，y为波尔兹曼常数，所述k为玻尔 兹曼常数，其中，K = I.3806488(13) X 10 --23J/K。4. 根据权利要求2所述的溫度监测方法，其特征在于，还包括： 判断所述测量点当前的实际溫度与之前得到的实际溫度间是否发生超过设定值的变 化； 若是，则发出所述测量点的溫度发生变化的警报。5. 根据权利1所述的溫度监测方法，其特征在于，所述第一电信号为第一电压值，所述 第二点信号为第二电压值， 所述通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关系得到所述测量点 的测量溫度的步骤具体包括： 根据所述第一电压值W及第二电压值分别获取所述第一频率光的第一光强W及第二 频率光的第二光强； 将所述第一光强和所述第二光强的比值确定为所述测量点的测试溫度。6. 根据权利要求1所述的溫度监测方法，其特征在于，在所述分别对所述第一频率光和 第二频率光进行光电转换，得到第一电信号W及第二电信号的步骤之后，所述方法还包括： 对所述第一电信号W及第二电信号分别进行卡尔曼滤波。7. 根据权利要求1所述的电缆溫度监测方法，其特征在于，所述获取传感光纤的测量点 返回的拉曼散射光的步骤之后，还包括： 通过所述返回的拉曼散射光的传输时间W及所述拉曼散射光的传输速度，确定所述测 量点的位置。8. 根据权利要求1所述的溫度监测方法，其特征在于，所述对至少部分所述拉曼散射光 进行分光得到第一频率光W及第二频率光的步骤具体包括： 将50%的拉曼散射光信号禪合到所述分光器中，W得到第一频率光W及第二频率光， 其中，所述第一频率光为斯托克斯光，所述第二频率光为反斯托克斯光。9. 一种基于光纤的溫度监测系统，其特征在于，所述溫度监测系统包括:传感光纤、光 禪合器W及光处理装置，其中所述光禪合器设置在所述传感光纤的传输路径上，所述光处 理装置与所述光禪合器电路连接； 所述光处理装置包括分光器、第一信号转换单元、第二信号转换单元W及信号处理单 元，所述第一信号转换单元W及所述第二信号转换单元分别与所述分光器W及信号处理单 元连接； 所述光禪合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光； 所述分光器用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光W及第二频率 光； 所述第一转换单元用于对所述第一频率光进行光电转换，得到第一电信号;所述第二 转换单元用于对所述第二频率光进行光电转换，得到第二电信号； 所述信号处理单元用于通过所述第一电信号W及第二电信号与测量溫度间的对应关 系得到所述测量点的测量溫度。10. 根据权利要求9所述的溫度监测系统，其特征在于，所述信号处理单元还用于获取 参考光纤的测量溫度W及实际溫度;其中，所述参考光纤设置在所述光信号的传输路径上， 所述参考光纤的测量溫度的获取方式与所述测量点的测量溫度的获取方式相同； 参考所述参考光纤的测量溫度与实际溫度之间的关系，由所述测量点的测量溫度得到 所述测量点的实际溫度。
【文档编号】G01K11/32GK105987771SQ201610512131
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】张强, 刘博宇, 聂鑫, 刘本刚, 李建彬
【申请人】深圳艾瑞斯通技术有限公司