[發明專利]分布式光纖測溫系統

有效

• 申請號: 201310695223.X
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103644981B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 陳兵
• 申請（專利權）人: 上海拜安傳感技術有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 王潔,鄭暄

技術領域

本發明涉及光纖測溫裝置，具體是指一種包含多級放大探測電路的長距離高精度的分布式光纖測溫系統。

背景技術

基于拉曼散射或者布里淵散射的分布式光纖測溫系統是根據光纖的光時域反射和光纖的自發散射的溫度效應來設計的系統，主要用來實時檢測光纖沿線不同位置的溫度，實現整個溫度場的連續溫度測量。分布式光纖測溫系統中光纖既是傳輸介質又是傳感介質，它還具有抗電磁干擾、防燃、尺寸小、對被測溫度場的影響小等其它傳感器無法比擬的優點。但同時由于分布式光纖測溫系統所探測到的含有溫度信息的后向散射光十分微弱，甚至完全淹沒在噪聲中，并且隨著探測距離的增加，其有效信號急劇衰減，導致相應的信噪比急劇惡化。從而導致探測距離越遠，解調出來的溫度精度越差。當解調溫度的精度低到一定程度之后，此時的溫度探測就失去了原有的意義。

傳統的分布式光纖測溫系統中，由于包含溫度信息的后向拉曼散射光的系統光功率較低，為了能夠準確的解調出包含在散射光中的溫度信息，一般可以通過三種方式來完成，第一種方法是通過提高脈沖光源的脈沖光功率，從而得到相對較高的散射光；二是通過采用雪崩二極管，來提高后向散射光的接收靈敏度；三是通過提高軟件累加平均的方式，將散射回來的后向光中包含的白噪聲盡可能的通過平均的方式消除，從而提高了接收信號的信噪比。通過上述三個手段，一般可以在探測光纜的長度達到4～6公里時，溫度的精度可以達到正負1度，當探測光纜繼續加長時，由于有效的光信號強度繼續衰減，導致其信噪比繼續惡化，其解調的溫度精度也就隨著探測距離的增加而逐漸遞減。

此時，如果繼續提高脈沖光源的入射光功率，由于物理特性的限制，將會導致光在光纖中產生受激散射，從而導致非線性效應的產生，此時的反射光已不能正確反映其溫度場的信息。軟件平均越多，其所需要的時間越長，理論計算表明，在一定信噪比的前提下，軟件平均并不能夠無限制的提高其溫度解調精度，反而還需要增加大量的測量時間。而雪崩二極管由于受到材料所限，其探測靈敏度無法無限制的提高。因此當長距離的探測需求出現時，傳統產品對此卻無能為力。

發明內容

本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種測溫精度高、遠端也可保持良好信噪比、可實現長距離測溫的分布式光纖測溫系統。

為實現上述的目的，本發明的分布式光纖測溫系統采用以下技術方案：

該分布式光纖測溫系統，其主要特點是，包括WDM光器件和APD多級放大模塊，被測光纜連接于該WDM光器件，脈沖光源的輸出端與所述的WDM光器件連接，所述的APD多級放大模塊用于接收所述的WDM光器件發送的光信號，并將模擬信號分段輸出至多通道采集板卡，該多通道采集板卡與軟件平臺相連接，所述的軟件平臺用于接收所述的多通道采集板卡發送的模擬信號，進行分段處理后合成一路信號。

該分布式光纖測溫系統中的APD多級放大模塊包括相連接的光電轉換電路和跨阻放大電路，該光電轉換電路接收所述的WDM光器件發送的光信號，所述的跨阻放大電路與線性放大電路相連接，所述的線性放大電路的輸出端與所述的多通道采集板卡連接。

該分布式光纖測溫系統中的線性放大電路包括放大級別各不相同的至少兩級線性放大電路，每一級所述的線性放大電路均將一路模擬信號輸出至所述的多通道采集板卡。

該分布式光纖測溫系統中的每一級線性放大電路均具有電子開關，所述的各級APD多級放大模塊通過所述的電子開關進行所述的線性放大電路之間的切換。

該分布式光纖測溫系統中的軟件平臺包括：

軟件標定模塊，其用于對每段模擬信號進行分段標定；

軟件校準模塊，其用于對每段模擬信號進行分段補償，并在分段的臨界點左右兩側的區段進行保護；以及

軟件采集通信模塊，其用于將分段模擬信號合成一路電路；

所述的軟件采集通信模塊與所述的多通道采集板卡相連接，該軟件采集通信模塊與所述的軟件標定模塊和所述的軟件校準模塊連接。

該分布式光纖測溫系統中的軟件采集通信模塊將控制信號發送至所述的APD多級放大模塊，所述的APD多級放大模塊根據所述的控制信號控制所述的線性放大電路進行放大和切換。

該分布式光纖測溫系統中的被測光纜通過光開關切換系統與所述的WDM光器件連接，所述的被測光纜為復數根。

采用了該結構的分布式光纖測溫裝置，具有以下有益效果：

1、有效延長單通道的光纖探測距離至20KM甚至更長，可以極大的降低單體應用場合下設備的數量，并減少設備數量；