[發明專利]脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器及測溫裝置和方法

無效

• 申請號: 201210477606.5
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102980683A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李德和;史振國;王永強;喬秋曉;劉偉;于娟
• 申請（專利權）人: 威海北洋電氣集團股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

1.一種脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，包括濾波片、光電接收及放大模塊、數據采集卡，以及依次相連接的脈沖編碼驅動器、脈沖激光器、放大器、光纖波分復用器、傳感光纖，其中光纖波分復用器的反射光信號輸出端與濾波片輸入端相連接，濾波片輸出端與光電接收及放大模塊相連接，光電接收及放大模塊的輸出端與數據采集卡的輸入端相連接，其特征在于數據采集卡內還設有編碼生成模塊，編碼生成模塊的輸出端與脈沖編碼驅動器的輸入端相連接，所述傳感光纖為單模光纖，單模光纖的始端與光纖波分復用器的com輸出端相連接，單模光纖的末端與反射鏡相連接。

2.根據權利要求1所述的一種脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特征在于所述脈沖激光器采用脈沖編碼半導體DFB激光器，中心波長為1550nm，譜寬為0.1nm，功率為10mW，所述放大器為摻餌光纖放大器，其工作波長為1550±10nm，輸入功率范圍1-15mW，輸出功率范圍為2-15W，所述光纖波分復用器設有com輸出端，1550nm輸入端以及1450nm輸出端，其中摻鉺光纖放大器的輸出端與光纖波分復用器的1550nm輸入端相連接，光電接收及放大模塊與光纖波分復用器的1450nm輸出端相連接。

3.根據權利要求2所述的一種脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特征在于所述反射鏡對1550nm及1450nm的光信號的反射率≥99%。

4.根據權利要求3所述的一種脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其特征在于所述濾波片的中心波長1450nm，光譜帶寬為28nm，透過率98%，對1550nm光信號的隔離度>45dB。

5.一種脈沖編碼自校正分布式光纖測溫裝置，包括光纖溫度傳感器以及工控機，其特征在于所述的光纖溫度傳感器為權利要求4所述的脈沖編碼自校正分布式光纖溫度傳感器，其中數據采集卡的輸出端與工控機的輸入端相連接。

6.一種利用如權利要求5所述的脈沖編碼自校正分布式光纖測溫裝置測溫的方法，其特征在于數據采集卡內的編碼生成模塊生成格雷編碼并將其送入脈沖編碼驅動器，脈沖編碼半導體DFB激光器在脈沖編碼驅動器的控制下重復輸出4組格雷編碼激光脈沖信號，該激光編碼脈沖信號經摻鉺光纖放大器放大后輸出高功率的激光編碼脈沖，高功率的激光編碼脈沖信號通過光纖波分復用器進入傳感光纖，并經位于傳感光纖尾端的反射鏡反射后，獲得反斯托克斯拉曼背向散射信號，反斯托克斯拉曼背向散射信號經1450nm濾波片處理后，由光電接收及放大模塊接收濾波片輸出的信號并進行處理，然后由數據采集卡接收處理后的信號并上傳至工控機，上傳至工控機的反斯托克斯信號經解碼解調后，經過溫度定標，計算得出整條光纖上各段的溫度和溫度變化。

7.根據權利要求6所述的一種利用如權利要求5所述的脈沖編碼自校正分布式光纖測溫裝置測溫的方法，其特征在于采用N位格雷編碼，N≥128。

8.根據權利要求7中所述的一種利用如權利要求5所述的脈沖編碼自校正分布式光纖測溫裝置測溫的方法，其特征在于數據采集卡將數據上傳至工控機后，工控機對數據進行以下處理，以完成溫度的獲取：傳感光纖中的背向散射反斯托克斯光在經過反射鏡前后的信號強度分別由式（2）和式（3）來表示：

?????????????????????（2）

?（3）

其中：為光纖在溫度T長度l處的拉曼橫截面積，和分別為經反射鏡反射回的泵浦光和反斯托克斯光，

上述公式（2）和（3）相乘，將積分項變為在光纖位置l處的常數，其表達式如下：

?????????????????????????（4）

其中：，，

對于光纖任意位置z，公式（4）可改為：

?????????????????????????????????????????????（5）

因為正比于反斯托克斯反射信號的橫截面差異，上式（5）可由下式表示：

????????????????????????????????????（6）?

其中：為比例系數，對于上式（6），采用如表達式（7）的解調步驟來構造溫度方程：

?????????????????????????（7）。