[發明專利]一種基于光纖輻射致衰減溫度依賴性的分布式測溫系統

無效

• 申請號: 201210279024.6
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102901583A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 宋凝芳;郭建華;宋鏡明;劉紀勛;徐小斌;張春熹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明涉及了一種基于光纖輻射致衰減溫度依賴性的分布式測溫系統，屬于溫度測量技術領域。

背景技術

溫度是科學技術中最基本的物理量之一，也是工業生產中最普遍最重要的參數之一。溫度檢測在現代工業系統和工程應用中占有十分重要的地位。以熱電偶、鉑合金和半導體為代表的傳統溫度傳感器以原理簡單、成本低、精度高的優點在多年前就獲得了廣泛的應用，在許多場合起著不可替代的作用。但是在有電磁干擾或易燃易爆的某些惡劣環境下，基于電信號測量的傳統溫度傳感器受到很大的限制，甚至無法工作。

光纖自20世紀70年代問世以來，隨著科學技術的發展,涌現了許許多多的光纖溫度傳感器。光纖具有體積小、重量輕、結構靈活，抗電磁干擾、電絕緣的優點，而且易于實現遠距離遙感與分布式傳感。根據傳感過程中光纖是否充當敏感元件，光纖溫度傳感器分為“傳感型”和“傳光型”兩大類，前者的光纖既“傳”又“感”，后者的光纖只起到傳輸信號的作用。結合光纖可“傳”可“感”的特點，將多個分布在不同地點的傳感器用光纖連接起來，組成傳感網絡，可實現光纖分布式溫度測量。目前，基于光纖Bragg光柵（FBG）的光頻域分析技術（OFDR）、基于光纖布里淵光時域分析技術（BOTDAR）和基于光纖拉曼(Raman)光時域分析技術（ROTDR）等分布式光纖溫度傳感系統已經在橋梁大壩等健康監測、電力系統溫度測量、隧道火災預警和石油開采井下溫度監測等領域中發揮顯著作用。

其中，基于FBG的分布式溫度傳感系統是在一根光纖上制作多個光柵，通過光纖特征波長隨溫度的漂移實現溫度的準分布式測量。該方法測量靈敏度較高，但傳感元件——光纖光柵的制作工藝復雜；采用波長調制導致解調系統復雜，且成本較高。另外，FBG往往對應力和溫度同時敏感，大大降低了系統的可靠性，需要特殊的分離補償技術。

光在光纖中的播過程中會發生散射，主要的散射光有三種，瑞利(Rayleigh)散射、布里淵(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射。Rayleigh散射與入射光頻率相同，但其能量最大；Brillouin散射光和Raman散射光較入射光發生一定頻移，Brillouin頻移與光纖所受應變和溫度變化有關，Raman散射光只與光纖所受溫度變化有關。光纖布里淵光時域分析技術是一種傳輸線就是傳感器的傳感監測方法，它的出現長距離溫度監測提供了可能。在傳感領域，光纖布里淵光時域分析技術是通過對信號光在光纖傳輸過程中的布里淵背向散射光的光強和頻率，進而分析得到溫度信息。BOTDAR全分布式傳感技術經過十余年的研究取得了一些成果積累，并且在一些大型、超大型結構中得到了很好的測試效果，但距離實際應用還存在一定距離，主要存在以下一些問題，首先布里淵應變傳感器應用最多的是緊套光纖，這種結構的傳感器工程現場成活率低，也存在空間分辨率較低，精度較差，采樣時間較長等缺點。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，實現溫度場的分布測量，提出了一種基于光纖輻射致衰減溫度依賴性，利用光時域反射技術實現分布傳感的分布式測溫的系統。

一種基于光纖輻射致衰減溫度依賴性的分布式測溫系統，包括光源、耦合器、敏感光纖、光電探測器、驅動電路、探測電路和計算機；

驅動電路對光源進行驅動，光源發出脈沖光，脈沖光進入耦合器，耦合器的輸出光纖連接敏感光纖，在光纖中存在銳利散射，光纖連接處存在反射，光纖的背向散射和反射光信號通過耦合器輸出至光電探測器，光電探測器對光信號進行測量，輸出至探測電路，探測電路將探測到的光信號轉化為電信號并進行放大處理，傳輸至計算機，計算機進行實時數據處理和顯示，計算機還可用于控制光源驅動。

一種基于光纖輻射致衰減溫度依賴性的分布式測溫系統，包括光源、耦合器、敏感光纖、光電探測器、驅動電路、探測電路和計算機；

驅動電路對光源進行驅動，光源發出脈沖光，脈沖光進入耦合器，N段敏感光纖熔接在耦合器的輸出光纖，在光纖中存在銳利散射，光纖連接處存在反射，光纖的背向散射和反射光信號通過耦合器輸出至光電探測器，光電探測器對光信號進行測量，輸出至探測電路，探測電路將探測到的光信號轉化為電信號并進行放大處理，傳輸至計算機，計算機進行實時數據處理和顯示，計算機還可用于控制光源驅動。

本發明的優點在于：

（1）本發明的敏感元件是光纖，具有體積小、重量輕、結構靈活，抗電磁干擾、電絕緣的優點，可用于具有高電壓、大電流、強電磁干擾和空間狹小等的電力系統溫度測量，隧道火災預警和石油開采井下溫度監測等領域；