[發(fā)明專利]一種光纖溫度振動傳感器及綜合監(jiān)控系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310641014.7
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103616089B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李德和;王建強;夏俊玲;史振國
• 申請（專利權(quán)）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;G01H9/00
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所37202
• 代理人: 初姣姣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感及安全防護領(lǐng)域，具體的說是一種能夠同時監(jiān)測溫度信息及振動信息的光纖溫度振動傳感器及綜合監(jiān)控系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

分布式光纖溫度傳感器是利用光纖自發(fā)拉曼散射光強受溫度調(diào)制的原理和光時域反射原理而組成的分布式光纖拉曼溫度傳感器，具有廣闊的應(yīng)用市場。由于它可以在線實時預(yù)報現(xiàn)場的溫度及其變化的趨勢，設(shè)置報警溫度對現(xiàn)場溫度變化進行監(jiān)測，是一種本質(zhì)安全型的線型感溫探測器，已成功應(yīng)用于石油石化、電力及港口等領(lǐng)域。

光纖周界安防作為新一代周界報警系統(tǒng)，有很強的軍用及民用價值，可以用于監(jiān)獄、重要軍事目標、武器庫等周界的安防監(jiān)控，還可以用于核電站、石油石化等重要設(shè)施的周界安防監(jiān)控，光纖周界安防主要采用了光纖振動傳感器，通過監(jiān)測邊界小范圍內(nèi)環(huán)境應(yīng)力變化對光纖的影響，分析入侵振動信號，并對其僅行判斷和報警。

在現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN200910099463.7公布了一種全分布式光纖瑞利與拉曼散射光子應(yīng)變、溫度傳感器，采用瑞利散射信號進行應(yīng)力監(jiān)測、拉曼散射光進行溫度監(jiān)測，但該方案應(yīng)力大小與光纖損耗關(guān)系采用仿真模型計算，精度不高。中國專利CN201010566517.9公布的一種融合光纖布里淵頻移器的分布式光纖布里淵傳感器，采用布里淵技術(shù)實現(xiàn)溫度及應(yīng)力的同步測量，但該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴。中國專利CN201210059875.X公布的一種同時測量振動和溫度的分布式光纖傳感裝置及方法，采用瑞利自相干進行振動的檢測及定位，但定位精度較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出一種結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)成本低、準確可靠，特別適用于溫度和振動同時檢測應(yīng)用環(huán)境的光纖溫度振動傳感器及綜合監(jiān)控系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明可以通過以下措施達到：

一種光纖溫度振動傳感器，設(shè)有測溫環(huán)路、振動相干環(huán)路以及位置判定環(huán)路，其特征在于包括設(shè)有測溫環(huán)路、振動相干環(huán)路以及位置判定環(huán)路，其特征在于包括脈沖激光器、與脈沖激光器輸出端相連接的2*2光耦合器、與2*2光耦合器的一路輸出端經(jīng)光纖延遲線相連接的第一傳感光纖、輸入端與2*2光耦合器的第二個輸出端相連接的波分復(fù)用器、與波分復(fù)用器的COM端相連接的第二傳感光纖、分別與波分復(fù)用器的輸出端相連接的依次用于接收第二傳感光纖輸出的背向拉曼反斯托克斯光信號、背向拉曼斯托克斯光信號以及瑞利散射信號的背向反斯托克斯信號光電接收模塊、背向斯托克斯信號光電接收模塊、瑞利散射信號光電接收模塊，與2*2光耦合器的輸出端相連接的用于接收由第一傳感光纖以及第二傳感光纖輸出的兩路背向瑞利散射信號相干后信號的相干光信號光電接收模塊，分別與背向反斯托克斯信號光電接收模塊、背向斯托克斯信號光電接收模塊、瑞利散射信號光電接收模塊以及相干光信號光電接收模塊的輸出端相連接的數(shù)據(jù)采集單元。

本發(fā)明中所述數(shù)據(jù)采集單元中設(shè)有用于接收背向反斯托克斯信號光電接收模塊、背向斯托克斯信號光電接收模塊、瑞利散射信號光電接收模塊輸出的電信號的背向光接收電路、輸出端分別與脈沖激光器、背向光接收電路、以及間隔采集電路相連接的脈沖觸發(fā)電路，輸入端與相干光信號光電接收模塊相連接的間隔采集電路，與背向光接收電路輸出端相連接的累加處理電路，以及分別與累加處理電路、間隔采集電路相連接的上傳電路。

本發(fā)明中脈沖光纖激光器的中心波長可以為1550nm，脈沖寬度10ns，重復(fù)頻率10KHz，峰值功率20W，譜寬0.1nm；2*2光纖耦合器，對應(yīng)的中心波長為1550nm，分光比為50：50，插入損耗<0.7dB；對應(yīng)的波分復(fù)用器由中心波長1450nm的背向拉曼反斯托克斯散射光寬帶濾波片、中心波長1660nm的背向拉曼斯托克斯散射光寬帶濾波片和Rayleigh散射光濾波片，以及與Rayleigh散射光濾波片相連的1*2耦合器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集單元，采樣率分為100MSPS和10KSPS，100MSPS采樣率對應(yīng)的模擬輸入通道數(shù)為3，10KMSPS采樣率對應(yīng)的模擬輸入通道數(shù)為1，ADC精度為12bits。

本發(fā)明中所述測溫環(huán)路由脈沖激光器、波分復(fù)用器、第二傳感光纖、背向反斯托克斯光電接收模塊、背向斯托克斯光電接收模塊和數(shù)據(jù)采集單元組成。

本發(fā)明中所述振動相干環(huán)路由脈沖激光器、2*2耦合器、光纖延遲線、波分復(fù)用器、第一傳感光纖、背向瑞利散射信號光電接收模塊和數(shù)據(jù)采集單元組成。

本發(fā)明所述位置判定電路由脈沖激光器、波分復(fù)用器、第一傳感光纖、第二傳感光纖、光電接收模塊和數(shù)據(jù)采集單元組成。