[實用新型]一種實時校準的分布式光纖測溫系統

有效

• 申請號: 201620112307.5
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN205352573U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 趙振剛;李川;李英娜
• 申請（專利權）人: 昆明理工光智檢測科技有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01K15/00
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本實用新型屬于光電測量技術領域，尤其涉及一種實時校準的分布式光纖測溫系統。

背景技術

分布式光纖測溫系統是一種新興的線型火災探測系統，它利用自發拉曼散射效應以及光時域技術獲得光纖沿線各點的實時溫度信息，該裝置不僅可以實時測量溫度的大小，還可以精確定位熱點位置，可以實現長距離大范圍測量，有施工簡單、安全可靠、精度高、定位準確，適用于易燃易爆、強電磁干擾的環境等優點。分布式光纖測溫系統的應用場合均屬于重大關鍵基礎設施，對溫度測量準確性的要求較高，且需要保持長期的穩定性。目前，分布式光纖測溫系統已經被廣泛應用于公路交通隧道、高壓電纜溝、輸煤皮帶、油井、煤礦、大壩等領域。

傳統的分布式光纖測溫傳感系統多由脈沖激光源、分光器、恒溫槽、測溫光纖、APD放大器、控制板、高速數據采集卡和計算機組成。在解調過程中，分布式光纖測溫系統是通過將一段長度為數十米或者數百米的參考光纖置于恒溫槽中，以該段光纖作為基準，根據傳感光纖背向散射的反斯托克斯信號與斯托克斯信號的強度之比，并將恒溫槽中的恒定溫度帶入得到標定系數，利用標定系數解調出光纖沿線各點的溫度信息。

然而，由于光電器件受溫度影響或者隨時間逐步老化、恒溫槽溫度誤差等因素的影響，會導致溫度標定系數變化，從而造成測量誤差。如果不采取必要措施，分布式光纖測溫系統的溫度測量將會出現誤差，難以滿足工業環境長期在線高精度的測量要求。

申請號為201220589677.X，授權公告號為CN202886015U的實用新型公開了一種實時校準的分布式光纖測溫裝置，包括脈沖激光源、分光器、探測器、參考光纖盒、校準光纖盒、測量光纖盒電路模塊，參考光纖盒的溫度處于低溫區，校準光纖盒的溫度處于高溫區，利用校準光纖盒的實測溫度和計算溫度對分布式光纖測溫裝置進行實時校準。由于該實用新型的溫度標定采用兩點法標定，因此對溫度條件存在嚴格的要求，需要增設加熱裝置和恒溫控制裝置，增加了成本，并且在一定程度上增加了誤差，難以滿足現代工業在線測量簡便、準確的需求。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種實時校準的分布式光纖測溫系統。所述分布式光纖測溫系統有效地避免了因光電器件受溫度影響或者隨時間逐步老化、恒溫槽溫度誤差等因素導致溫度標定系數變化而造成的測量誤差，滿足了工業環境長期在線高精度的測量要求。

本實用新型的技術方案如下：一種實時校準的分布式光纖測溫系統，包括開關電源1、分光器2、光纖Bragg光柵解調儀3、鎧裝多模光纖4、陣列傳感器光纖5、雪崩光電二極管6、信號放大模塊7、高速采集卡模塊8、通訊接口轉換模塊9、數據處理模塊10、脈沖激光二極管11，脈沖激光二極管11的輸出端與分光器2的輸入端相連，分光器2的第一輸出端依次與鎧裝多模光纖4相連，分光器2的第二輸出端和第三輸出端與雪崩光電二極管6的輸入端相連，雪崩光電二極管6的輸出端與信號放大模塊7的輸入端相連，信號放大模塊7的輸出端與高速采集卡模塊8的輸入端相連，高速采集卡模塊8的輸出端與通訊接口轉換模塊9的輸入端相連，通訊接口轉換模塊9的輸出端與數據處理模塊10相連接，光纖Bragg光柵解調儀3與陣列傳感器光纖5相連進行標定溫度解調，光纖Bragg光柵解調儀3與數據處理模塊10連接進行解調信息的處理并對溫度進行校準，鎧裝多模光纖4與分布式光纖測溫系統連接得到溫度場的光纖分布，鎧裝多模光纖4布設在隧道內。

本實用新型的工作原理為:脈沖激光二極管11發出激光脈沖，經分光器2后沿鎧裝多模光纖4向前傳輸，激光脈沖與鎧裝多模光纖4的光纖分子相互作用，產生多種微弱的背向散射，包括包括瑞利(Rayleigh)散射、布里淵(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動，產生溫度不敏感的斯托克斯(Stokes)光和溫度敏感的反斯托克斯(Anti-Stokes)光，兩者的波長不一樣，經分光器2分離后由高靈敏的雪崩光電二極管6所探測。光纖中Anti-Stokes光強受外界溫度調制，Anti-Stokes與Stokes的光強比值準確反映了溫度信息；不同位置的拉曼散射信號返回雪崩光電二極管6的時間是不一樣的，通過測量該回波時間即可確定散射信號所對應的光纖位置；結合高速信號采集與數據處理技術，可準確、快速地獲得整根傳感光纖上任一點的溫度分布信息。