一种分布式光纤温度传感系统及其应用的制作方法

本发明属于分布式传感技术领域，具体涉及一种分布式光纤温度传感系统及其应用。

背景技术：

目前国内外已有多种基于光纤的分布式温度传感技术和方法，但主要是基于otdr(opticaltimedomainreflectometry)技术和多路复用(如时分复用、波分复用、频分复用等)技术。激光器发射脉冲激光沿传感光纤传输，同时不断产生向后传输的斯托克斯和反斯托克斯信号光，脉冲激光沿光纤传输时会逐渐衰减，导致返回的斯托克斯和反斯托克斯信号光强度十分微弱，以至于无法和背景噪声分开，则此距离的温度信号无法被探测到。

目前行业内的分布式光纤温度传感系统存在有效探测距离短，对温度探测精确度不高的缺点。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明公开了一种分布式光纤温度传感系统及其应用，解决现有技术中分布式光纤温度传感系统探测距离短，对温度探测精确度不高的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种分布式光纤温度传感系统，其包括脉冲光源、调制器、光纤放大器、环形器、带通滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号处理装置和驱动器；所述脉冲光源的输出端通过光纤连接调制器的光输入端，所述调制器的光输出端通过光纤连接光纤放大器的输入端，所述光纤放大器的输出端与环形器的输入端通过光纤连接，所述环形器的第一输出端与光纤连接，所述环形器的第二输出端与带通滤波器的输入端口连接，所述带通滤波器的第一输出端通过光纤连接第一光电探测器，所述带通滤波器的第二输出端通过光纤连接第二光电探测器，所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别与信号处理装置的输入端通过电性连接，所述信号处理装置的输出端与驱动器的输入端通过电性连接，驱动器的输出端与调制器的电输入端通过电性连接；所述信号处理装置包括同步信号源和采集卡，所述采集卡与上位机连接，将采集到的数据传输至上位机进行处理。

本发明中使用环形器是用于单向传输高频信号能量,它控制电磁波沿某一环行方向传输,多用于高频功率放大器的输出端与负载之间,起到各自独立,互相“隔离”的作用。

本发明所述的采集卡可以为高速数据采集卡，采集通道不少于3路，采样频率不小于200msps，通信接口采用pcie高速传输。

将上述分布式光纤温度传感系统用于远距离位置的温度探测，其包括以下步骤：

（1）分别打开脉冲光源、调制器、光纤放大器的电源，慢慢调制光纤放大器的pump电流，直到光信号信噪比开始出现劣化，此时为光信号传输最远信号质量最好的时候，停止增加电流；

（2）将光纤与环形器的第一输出端连接，脉冲光源输出脉冲光，经调制器调制成脉冲调制信号，再经光纤放大器放大后，从环行器的输入端输入，再从环形器的第一输出端输出进入光纤中传输，由光纤反射回来的斯托克斯和反斯托克斯信号从环形器的第一输出端进入，并从环形器的第二输出端输出进入带通滤波器；

（3）从带通滤波器的第一输出端输出的斯托克斯信号经第一光电探测器转换成电信号，从带通滤波器的第二输出端输出的反斯托克斯信号经第二光电探测器转换成电信号，信号处理装置通过采集卡分别采集来自第一光电探测器和第二光电探测器的电信号，再将数据传输至上位机进行处理来分析温度的情况；

（4）通过信号处理装置的同步信号源输出同步驱动信号和同步信号，通过把所述同步驱动信号传输到驱动器产生脉冲信号，同时把所述同步信号传输到采集卡，当脉冲信号返回来时，通过所述采集卡进行信号采集。

根据本发明的一实施方式，所述脉冲光源采用1550nm脉冲光源。使用该波长的脉冲光源，所产生的脉冲光波长稳定，能在传输的过程中较好的保存信号的强度，为信号的探测提供保障。

根据本发明的一实施方式，所述光纤放大器采用脉冲掺铒光纤放大器。采用脉冲掺铒光纤放大器可以增加传输距离，从而提高输出光功率和信号信噪比，提高了信号光的探测精度。

根据本发明的一实施方式，所述第一光电探测器接收1660nm斯托克斯信号，所述第二光电探测器接收1450nm反斯托克斯信号。

根据本发明的一实施方式，所述第一光电探测器及第二光电探测器均为雪崩光电二极管。采用的雪崩光电二极管具有灵敏度高、速度快等优点，能大大提高探测的精确度。

本技术方案与现有技术相比较具有以下有益效果：

本发明通过设置脉冲光源、调制器、光纤放大器和环形器，增加了传输距离，提高输出光功率，改善信噪比，提高了信号光的探测精度，同时使得斯托克斯和反斯托克斯信号频幅更宽，有效提升了温度探测范围。

附图说明

图1是本发明所述分布式光纤温度传感系统的结构示意图。

附图标记：1-脉冲光源，2-调制器，3-光纤放大器，4-环形器，5-带通滤波器，6-第一光电探测器，7-第二光电探测器，8-信号处理装置，9-驱动器，10-光纤。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。下列实施例中未注明的具体实验条件和方法，所采用的技术手段通常为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1：

如图1所示，一种分布式光纤温度传感系统，其包括1550nm的脉冲光源1、调制器2、光纤放大器3、环形器4、带通滤波器5、第一光电探测器6、第二光电探测器7、信号处理装置8和驱动器9；所述脉冲光源1的输出端通过光纤连接调制器2的光输入端，所述调制器2的光输出端通过光纤连接光纤放大器3的输入端，所述光纤放大器3的输出端与环形器4的输入端通过光纤连接，所述环形器4的第一输出端与光纤10连接，所述环形器4的第二输出端与带通滤波器5的输入端口连接，所述带通滤波器5的第一输出端通过光纤连接第一光电探测器6，所述带通滤波器5的第二输出端通过光纤连接第二光电探测器7，所述第一光电探测器6和第二光电探测器7的输出端分别与信号处理装置8的输入端通过电性连接，所述信号处理装置8的输出端与驱动器9的输入端通过电性连接，驱动器9的输出端与调制器2的电输入端通过电性连接；所述信号处理装置8包括同步信号源和采集卡，所述采集卡与上位机连接，将采集到的数据传输至上位机（如计算机）进行处理；

所述光纤放大器3采用脉冲掺铒光纤放大器，所述第一光电探测器6及第二光电探测器7均为雪崩光电二极管。

将本实施例所述的分布式光纤温度传感系统用于远距离位置的温度探测，其包括以下步骤：

（1）分别打开脉冲光源1、调制器2、光纤放大器3的电源，慢慢调制光纤放大器3的pump电流，直到光信号信噪比开始出现劣化，此时为光信号传输最远信号质量最好的时候，停止增加电流；

（2）将光纤10与环形器4的第一输出端连接，脉冲光源1输出脉冲光，经调制器2调制成脉冲调制信号，再经光纤放大器3放大后，从环行器的输入端输入，再从环形器4的第一输出端输出进入光纤10中传输，由光纤10反射回来的斯托克斯和反斯托克斯信号从环形器4的第一输出端进入，并从环形器4的第二输出端输出进入带通滤波器5；

（3）从带通滤波器5的第一输出端输出的1660nm斯托克斯信号经第一光电探测器6转换成电信号，从带通滤波器5的第二输出端输出的1450nm反斯托克斯信号经第二光电探测器7转换成电信号，信号处理装置8通过采集卡分别采集来自第一光电探测器6和第二光电探测器7的电信号，再将数据传输至上位机进行处理来分析温度的情况；

（4）通过信号处理装置8的同步信号源输出同步驱动信号和同步信号，通过把所述同步驱动信号传输到驱动器9产生脉冲信号，同时把所述同步信号传输到采集卡，当脉冲信号返回来时，通过所述采集卡进行信号采集。

使用本实施例所述的分布式光纤温度传感系统连接实际光纤，探测1km、3km以及5km处的温度，温度设定为25℃、50℃和80℃，其结果见表1。

表1分布式光纤温度传感系统的探测结果

表1分布式光纤温度传感系统的探测结果

由上述探测结果可知，采用本发明所述分布式光纤温度传感系统所得结果的误差在5%以下，并且在5km的距离下仍然能准确探测温度，所以本发明不仅提高了信号光的探测精度，还有效提升了温度探测范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。