專利名稱：雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖溫度傳感設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是雙端測(cè)量型分布式光纖溫 度傳感裝置及其方法。
技術(shù)背景光纖溫度傳感裝置主要用于交通、建筑、電力、煤礦、石化等行業(yè)，其作用是對(duì)這些重 要的場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。它對(duì)與保證工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行，保障生命和財(cái)產(chǎn)的安全起 著重要的作用?，F(xiàn)有的光纖溫度傳感裝置是由激光驅(qū)動(dòng)器、激光器、同步控制器、耦合器、參考光纖、 濾光器、光電探頭、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成。其工作原理為激光器連續(xù)不 斷地向探測(cè)光纜中發(fā)射激光，激光在光纜中傳輸過程中會(huì)發(fā)生后向散射，由于喇漫光譜對(duì)溫 度是敏感的，通過耦合器和濾光器將后向散射光中的喇漫光譜分離出來，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和 信號(hào)放大處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再將采集到的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理器計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理計(jì)算， 最終得出溫度數(shù)據(jù)。在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，由于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的惡劣和突發(fā)事件，往往會(huì)導(dǎo)致光纖 的斷裂；同時(shí)由于測(cè)量距離比較長(zhǎng)，激光衰減的原因會(huì)造成探測(cè)光纜末段精確度下降?，F(xiàn)有 的方法存在的缺陷和不足如下1) 只從探測(cè)光纜的一端進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度在探測(cè)光纜的末端比較差；2) 若探測(cè)光纜斷裂，斷裂后的部分將無法測(cè)量到；3) 由于激光衰減的原因會(huì)造成探測(cè)光纜首尾測(cè)量不一致的情況； 故仍然需要對(duì)現(xiàn)有分布式光纖溫度傳感設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置及其方法， 該裝置從環(huán)形探測(cè)光纜的兩端端進(jìn)行測(cè)量，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；從兩端進(jìn)行測(cè)量，雙向 測(cè)量自動(dòng)校準(zhǔn)，不但保證了首尾測(cè)量的一致性，還提高了測(cè)量精度；當(dāng)探測(cè)光纜斷裂后仍然 可以準(zhǔn)確測(cè)量探測(cè)光纖的各部分?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置及其 方法，其主要包括激光器，激光器的輸入端與激光驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接，激光驅(qū)動(dòng)器的輸入 端與同步控制器的輸出端連接，同步控制器的輸入端與數(shù)據(jù)處理器的輸出端連接，激光器的 輸出端耦合器輸入端連接，耦合器的輸出端與光路切換器和濾光器的輸入端連接；光路切換器的兩個(gè)輸出端分別連接一條探測(cè)光纖的兩端；濾光器的輸出端連接光電轉(zhuǎn)換器的輸入端， 光電轉(zhuǎn)換器的輸出端與放大器的輸入端連接，放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器的輸入端連接， 數(shù)據(jù)采集器的輸出端與數(shù)據(jù)處理器的輸入端連接；數(shù)據(jù)處理器與計(jì)算機(jī)連接。其特征在于所述的光路切換器，它的輸入端連接耦合器的輸出端，且受數(shù)據(jù)采集器的 控制，按指令把耦合器輸出端的光路在環(huán)形探測(cè)光纜的1號(hào)端口和2號(hào)端口之間切換；其中， 2號(hào)端口和1號(hào)端口是一條探測(cè)光纜的2個(gè)端口；當(dāng)數(shù)據(jù)采集器接到開始工作的指令后先將光 路切換到1號(hào)端口，采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器； 經(jīng)過一個(gè)周期，光路切換器將光路切換到2號(hào)端口，再次采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，將 采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器接受到從環(huán)形探測(cè)光纜兩端測(cè)得的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理；再經(jīng)過一個(gè)周期光路切換器再將光路切換到1號(hào)端口，采集處理信號(hào)；如 此循環(huán)，最終得出溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以曲線的形式顯示出來。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述數(shù)據(jù)采集器按一定周期驅(qū)動(dòng)光路切換器，在該周期內(nèi)裝置正好處理好若干次采集到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明公開了雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置，其與傳統(tǒng)的光纖測(cè)溫傳感裝置相比 本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、 從探測(cè)光纜的兩端端進(jìn)行測(cè)量，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；2、 若探測(cè)光纜斷裂，斷裂后仍然可以從兩端進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)造成斷裂后的部分將無法測(cè) 量到的情況；3、 從兩端進(jìn)行測(cè)量，雙向測(cè)量自動(dòng)校準(zhǔn)，保證了首尾測(cè)量的一致性；


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中光路切換器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明工作原理流程圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置，它主要包括激光器3，激光器3與激光驅(qū)動(dòng)器2的輸出端連接，激光驅(qū)動(dòng)器2的輸入端與同步控制器1的輸出端連接，同步控 制器1的輸入端與數(shù)據(jù)處理器13的輸出端連接；激光器3的輸出端耦合器4的輸入端連接，耦合裝置4的輸出端與光路切換器9和濾光器5的輸入端連接；濾光器5的輸出端連接光電 轉(zhuǎn)換器6的輸入端連接，光電轉(zhuǎn)換器6的輸出端與放大器7的輸入端連接，放大器7的輸出 端與數(shù)據(jù)采集器8的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集器8的輸出端與數(shù)據(jù)處理器16的一輸入端連接； 所述光路切換器9的輸入端連接耦合器4、且受數(shù)據(jù)采集器8的控制，按指令把耦合器4中的 光信號(hào)送入1號(hào)端口或2號(hào)端口；其中，2號(hào)端口和1號(hào)端口是一條環(huán)形探測(cè)光纜的2個(gè)端口； 數(shù)據(jù)采集器8接到開始工作的指令后先將光路切換到1號(hào)端口，采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù) 據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；然后光路切換器9將光路切換到2號(hào)端口，再次 采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器13接受到從環(huán) 形探測(cè)光纜兩端測(cè)得的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，最終得出溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以曲線 的形式顯示出來。本發(fā)明從探測(cè)光纜的兩端端進(jìn)行測(cè)量，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；當(dāng)探測(cè)光纜斷裂，斷裂 后仍然可以從兩端進(jìn)行測(cè)量，解決了因探測(cè)光纜斷裂后有一部分無法測(cè)量到的情況；從兩端 進(jìn)行測(cè)量，雙向測(cè)量自動(dòng)校準(zhǔn)，不但保證了首尾測(cè)量的一致性，還提高了測(cè)量精度。其中計(jì)算機(jī)14是外圍設(shè)備，其他設(shè)備是封閉在一個(gè)箱體內(nèi)，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通訊接口和 數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行通訊讀取內(nèi)部數(shù)據(jù)，并顯示在計(jì)算機(jī)上。在具體實(shí)施時(shí)，所述的同步控制器1是采用德州儀器公司的CDCE913同步時(shí)鐘電路模塊 實(shí)現(xiàn)的；在具體實(shí)施時(shí)，所述的激光驅(qū)動(dòng)器2是采用高速電路制作的電流驅(qū)動(dòng)器，可以很好地驅(qū) 動(dòng)激光器發(fā)射激光；在具體實(shí)施時(shí)，所述的激光器3是半導(dǎo)體激光器，可根據(jù)激光驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電流來發(fā)射激光；在具體實(shí)施時(shí)，所述的探測(cè)光纜中的傳感光纖是采用62. 5/125Wn多模光纖加低煙無卣外 護(hù)套，帶寬范圍為》400MHZ砂850nm、》1000MHZ@1300nm，衰減范圍為《3.0dBi850nm、《 0.8dB@1300nm，在夕卜層；在具體實(shí)施時(shí)，所述的光電轉(zhuǎn)換器6采用高靈敏度APD雪崩二極管來探測(cè)激光，將光信 號(hào)轉(zhuǎn)換電信號(hào)；在具體實(shí)施時(shí)，所述的放大器7是采用德州儀器公司的0PA365型高性能的運(yùn)算大器； 在具體實(shí)施時(shí)，所述的數(shù)據(jù)采集器8是采用德州儀器公司的高速數(shù)據(jù)采集器，運(yùn)行速度 為100Mb/s;在具體實(shí)施時(shí)，所述的數(shù)據(jù)處理器13是采用ALTERA公司的告訴FPGA來實(shí)現(xiàn)的；在具體實(shí)施時(shí)，所述的計(jì)算機(jī)14是通用的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)。如圖1、圖2所示，當(dāng)計(jì)算機(jī)14發(fā)送溫度監(jiān)測(cè)命令給數(shù)據(jù)處理器13時(shí)，數(shù)據(jù)處理器13 驅(qū)動(dòng)同步控制器1發(fā)出同步脈沖控制激光驅(qū)動(dòng)器2和數(shù)據(jù)采集器8同步工作；激光驅(qū)動(dòng)器2 接到同步控制器1發(fā)來的同步脈沖后就開始驅(qū)動(dòng)激光器3工作，向光纖中連續(xù)不斷地發(fā)送激 光；激光在光纖中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生后向喇漫散射，后向散射回來的光信號(hào)被耦合器4分離出來 傳入濾光器5、光電轉(zhuǎn)換器6和放大器7，最后射入到數(shù)據(jù)采集器8;數(shù)據(jù)處理器13控制同步 控制器1和接收數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)8;同步控制器1發(fā)送同步信號(hào)到激光驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)采集器 連接，使其同步工作。本發(fā)明與以往發(fā)明的不同之處在于，所述的傳感光纖的兩端都接在光路切換器9上，光 路切換器9受到數(shù)據(jù)采集器8的控制；光路切換器9與耦合器4相連，按數(shù)據(jù)采集器8的控 制線的控制信號(hào)把激光信號(hào)在光路切換器9的1號(hào)端口和2號(hào)端口間切換。這樣，數(shù)據(jù)采集 器8接到開始工作的指令后先將光路切換到1號(hào)端口，采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，然后 將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；經(jīng)過一定周期，光路切換器9將光路切換到2號(hào)端口，再 次采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器13接受到從 環(huán)形探測(cè)光纜兩端測(cè)得的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，最終得出溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以曲 線的形式顯示出來。在具體實(shí)施時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集器按一定周期驅(qū)動(dòng)光路切換器，在該周期內(nèi)裝置正好處理 完若干次采集到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明從探測(cè)光纜的兩端端進(jìn)行測(cè)量，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度;當(dāng)探測(cè)光纜斷裂，斷裂 后仍然可以從兩端進(jìn)行測(cè)量，解決了因探測(cè)光纜斷裂后有一部分無法測(cè)量到的情況；從兩端 進(jìn)行測(cè)量，雙向測(cè)量自動(dòng)校準(zhǔn)，不但保證了首尾測(cè)量的一致性，還提高了測(cè)量精度。以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方 案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置，它包括激光器，激光器的輸入端與激光驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接，激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端與同步控制器的輸出端連接，同步控制器的輸入端與數(shù)據(jù)處理器的輸出端連接，激光器的輸出端耦合器輸入端連接，耦合器的輸出端與光路切換器和濾光器的輸入端連接；光路切換器的兩個(gè)輸出端分別連接一條探測(cè)光纖的兩端；濾光器的輸出端連接光電轉(zhuǎn)換器的輸入端，光電轉(zhuǎn)換器的輸出端與放大器的輸入端連接，放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集器的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集器的輸出端與數(shù)據(jù)處理器的輸入端連接；數(shù)據(jù)處理器與計(jì)算機(jī)連接，其特征在于所述的光路切換器，它的輸入端連接耦合器的輸出端，且受數(shù)據(jù)采集器的控制，按指令把耦合器輸出端的光路在環(huán)形探測(cè)光纜的1號(hào)端口和2號(hào)端口之間切換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述環(huán)形 探測(cè)光纜的1號(hào)端口和2號(hào)端口是一條探測(cè)光纜的2個(gè)端口。
3. 雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置的方法，其特征在于，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送溫度監(jiān)測(cè)命 令給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器立刻驅(qū)動(dòng)同步控制器發(fā)出同步脈沖控制激光驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)采集 器同步工作；激光驅(qū)動(dòng)器接到同步控制器發(fā)來的同步脈沖后就開始驅(qū)動(dòng)激光器工作，不斷地 發(fā)送激光；激光在光纖中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生后向喇漫散射，后向散射回來的激光信號(hào)被耦合器分 離出來送往濾光器；濾光器就會(huì)將送來的激光信號(hào)中的喇漫光信號(hào)分離出來，傳送到光電轉(zhuǎn) 換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)被放大器放大后由數(shù)據(jù)采集器來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)數(shù)據(jù) 采集器采集到的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理器綜合處理，最后經(jīng)FPGA高速數(shù)據(jù)處理器處理過的數(shù)據(jù)被 送給計(jì)算機(jī)顯示溫度曲線；當(dāng)激光進(jìn)入光纖時(shí)，先由被數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)控制的光路切換器，按指令把耦合器輸出 端的光路在環(huán)形探測(cè)光纜的1號(hào)端口和2號(hào)端口之間切換；當(dāng)數(shù)據(jù)采集器按指令將光路切換 到1號(hào)端口時(shí)，數(shù)據(jù)采集器采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處 理器；經(jīng)過一個(gè)周期，光路切換器將光路切換到2號(hào)端口，再次采集整條探測(cè)光纜返回的數(shù) 據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)送給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器接受到從環(huán)形探測(cè)光纜兩端測(cè)得的數(shù)據(jù)后， 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理；再經(jīng)過一個(gè)周期，光路切換器再將光路切換到1號(hào)端口，采集處理信 號(hào)；如此循環(huán)，最終得出溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以曲線的形式顯示出來。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置的使用方法，其特征在于 所述數(shù)據(jù)采集器是按一定周期驅(qū)動(dòng)光路切換器，在該周期內(nèi)裝置正好處理好若干次采集到的 數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙端測(cè)量型分布式光纖溫度傳感裝置，其主要包括激光器，激光器的輸入端與激光驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接，激光驅(qū)動(dòng)器的輸入端與同步控制器的輸出端連接，激光器的輸出端耦合器輸入端連接；耦合器的輸出端與光路切換器的輸入端連接，光路切換器把光路在環(huán)形探測(cè)光纜的2個(gè)端口之間切換；計(jì)算機(jī)連接數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器控制同步控制器和接收數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理器接受到從環(huán)形探測(cè)光纜測(cè)得的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理；然后光路切換器將光路切換到另一個(gè)端口，采集處理信號(hào)，最終得出溫度數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上以曲線的形式顯示出來。本發(fā)明提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；從兩端進(jìn)行測(cè)量，雙向測(cè)量自動(dòng)校準(zhǔn)，不但保證了首尾測(cè)量的一致性。本發(fā)明提高了測(cè)量精度；即使探測(cè)光纜斷裂后仍然可以準(zhǔn)確測(cè)量探測(cè)光纖的各部分。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101403644SQ20081020268
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者仝芳軒, 亮 劉, 周正仙 申請(qǐng)人:上海華魏自動(dòng)化設(shè)備有限公司