專(zhuān)利名稱(chēng)：一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng) 降噪方法。
背景技術(shù)：
分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)(以下稱(chēng)DTS系統(tǒng))廣泛應(yīng)用于各種火災(zāi)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，例如公 路隧道、地鐵隧道、電力電廠的動(dòng)力電纜隧道、石油化工儲(chǔ)油罐等現(xiàn)場(chǎng)。DTS系統(tǒng)是一種基于 OTDR和拉曼散射原理研制而成的溫度測(cè)量系統(tǒng)，其溫度傳感器是光纖(通常制作成光纜)。 DTS系統(tǒng)利用光纖的拉曼效應(yīng)，即光纖鋪設(shè)位置(空間)的溫度場(chǎng)調(diào)制了光纖中傳輸?shù)暮笙?拉曼散射光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理后就可解調(diào)出溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)溫度信息。DTS系統(tǒng)組成一 般包括大功率窄脈沖激光光源、光纖波分復(fù)用耦合器、傳感光纜、光電探測(cè)器、信號(hào)放大模 塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)主機(jī)(PC機(jī)或工控機(jī))。由于DTS系統(tǒng)是分布式的，即光纜連續(xù)地 鋪設(shè)在需要監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)，而且距離較長(zhǎng)(通常是幾公里)，相比與其他測(cè)溫系統(tǒng)，DTS具有明 顯的優(yōu)勢(shì)。
目前國(guó)內(nèi)研制的DTS系統(tǒng)可以滿足公路、隧道等測(cè)溫精度要求比較低的火災(zāi)監(jiān)控 場(chǎng)所的應(yīng)用要求；但是對(duì)于像電力電廠的動(dòng)力電纜載流量監(jiān)測(cè)等溫度精度要求比較高的應(yīng) 用場(chǎng)所尚不能滿足要求。因此如何提高DTS系統(tǒng)的測(cè)溫精度，也就是如何降低系統(tǒng)噪聲，成 為國(guó)內(nèi)高校院所及廠家大力研究的重點(diǎn)。
DTS系統(tǒng)根據(jù)拉曼散射原理來(lái)解調(diào)溫度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此通常 采用APD (雪崩二極管)作為光電轉(zhuǎn)換器，并把APD產(chǎn)生的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，然后進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集和處理。APD的特點(diǎn)是雪崩效應(yīng)，其增益大，但是其暗電流產(chǎn)生的噪聲也比較大。同 時(shí)，由于激光光源存在ASE噪聲，使得即使在沒(méi)有脈沖光的時(shí)候也有寬帶的直流光存在，這 些光通過(guò)AH)后也產(chǎn)生了噪聲。這些噪聲都會(huì)造成系統(tǒng)信噪比比較差，因此解調(diào)出來(lái)的溫 度信號(hào)其噪聲也比較大，也就是測(cè)溫度精度不夠高。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方 法，該方法可以定期獲取噪聲信號(hào)，并在測(cè)量過(guò)程中去除噪聲信號(hào)，從而獲得比較干凈的有 效信號(hào)，有效地提高系統(tǒng)信噪比，從而提高測(cè)溫精度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，所述一種分 布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)包括窄脈沖激光光源、光纖波分復(fù)用耦合器、傳感光纜、APD(光電探測(cè) 器)、小信號(hào)放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)主機(jī)(PC機(jī)或工控機(jī))。
一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，包括如下步驟
步驟一，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之關(guān)閉同步信號(hào)，此時(shí)光源沒(méi)有脈沖光輸出， 但是有ASE光輸出，APD暗電流也存在；
步驟二，系統(tǒng)采集一組噪聲數(shù)據(jù)曲線，對(duì)這組噪聲數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行累加再平均(目的是對(duì)白噪聲做濾波處理)，保存累加并平均后的噪聲數(shù)據(jù)曲線(主要是ASE噪聲和APD暗 電流噪聲)；
步驟三，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之正常產(chǎn)生同步信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作階 段；
步驟四，系統(tǒng)每次采集到一組處理(累加后平均)后的數(shù)據(jù)曲線時(shí)，把這組數(shù)據(jù)曲 線先減去步驟二所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲線，此時(shí)所獲得數(shù)據(jù)曲線已去除了主要噪聲的，信噪 比已大大提聞;
步驟五，系統(tǒng)進(jìn)行溫度解調(diào)處理，獲得溫度曲線，由于去除了主要噪聲，因此所測(cè) 得的溫度精度得到較大地提高；
步驟六，每過(guò)一段時(shí)間(如一天)或者系統(tǒng)機(jī)內(nèi)溫度變化超過(guò)一定溫度(如變化3 度，表明系統(tǒng)工作環(huán)境溫度已經(jīng)變化)時(shí)，重復(fù)步驟一和步驟二，更新所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲 線；這一步考慮了系統(tǒng)隨著工作時(shí)間的推移或工作環(huán)境溫度的變化而使得系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的變化。
采用本發(fā)明所述的方法的有益效果在于系統(tǒng)噪聲大大降低，大幅度提高了系統(tǒng) 信噪比，從而使得系統(tǒng)的測(cè)溫精度得到了較大的提高。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
本發(fā)明采用一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，所述一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)包 括窄脈沖激光光源1、光纖波分復(fù)用耦合器2、傳感光纜3、APD(光電探測(cè)器)4、小信號(hào)放大 模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6及系統(tǒng)主機(jī)7 (PC機(jī)或工控機(jī))。
系統(tǒng)各個(gè)部分功能如下
所述窄脈沖激光光源I，其功能是產(chǎn)生窄脈沖激光，窄脈沖激光通過(guò)光纖波分復(fù)用 耦合器2進(jìn)入傳感光纜3，并沿著傳感光纜3向前傳輸，同時(shí)在傳感光纜4內(nèi)部產(chǎn)生后向傳 輸?shù)睦⑸涔猓焕⑸涔庀蚝笱刂鴤鞲泄饫|4傳輸，回到光纖波分復(fù)用耦合器2，并進(jìn) 入光電探測(cè)器4，產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換。
特別地，所述窄脈沖激光光源I采用外同步，即同步信號(hào)由數(shù)據(jù)采集模塊6提供。
所述光纖波分復(fù)用耦合器2，其功能是1、使得脈沖激光可以從多窄脈沖激光光 源I通過(guò)光纖波分復(fù)用耦合器2，只能進(jìn)入到傳感光纜3，但不能進(jìn)入到光電探測(cè)器4。2、使 得拉曼散射光可以從傳感光纜2通過(guò)光纖波分復(fù)用耦合器2，只能進(jìn)入到光電探測(cè)器4，但 不能進(jìn)入到多窄脈沖激光光源I。
所述傳感光纜3，其功能是探測(cè)光纜所處環(huán)境的溫度變化。當(dāng)光纜所處環(huán)境溫度發(fā) 生變化時(shí)，其內(nèi)部的拉曼散射光強(qiáng)度也發(fā)生變化，根據(jù)這一變化，就可以解調(diào)出光纜所處環(huán) 境的溫度信息。
所述APD (光電探測(cè)器)4，其功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)；通常光信號(hào)是功率微 弱的光信號(hào)，轉(zhuǎn)變成的電信號(hào)也是微弱電信號(hào)。
所述小信號(hào)放大模塊5,其功能是對(duì)光電探測(cè)器4產(chǎn)生的微弱電信號(hào)放大和濾波。
所述數(shù)據(jù)采集模塊6，其功能是完成電信號(hào)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換(即數(shù)據(jù)采集)，并 做累加處理，然后把處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)7。
所述系統(tǒng)主機(jī)7 (PC機(jī)或工控機(jī))，其功能是完成溫度信息的解調(diào)，溫度曲線的顯示等處理。
進(jìn)一步地，所述窄脈沖激光光源I和數(shù)據(jù)采集模塊6是根據(jù)同步信號(hào)來(lái)協(xié)同工作 的，同步信號(hào)的作用是使得數(shù)據(jù)采集模塊得以在正確的時(shí)刻采集有用信號(hào)。同步信號(hào)是脈 沖信號(hào)，具有一定的重復(fù)頻率，(例如重復(fù)頻率為2kHz);同步信號(hào)可由光源產(chǎn)生或由數(shù)據(jù) 采集模塊6產(chǎn)生。當(dāng)同步信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，窄脈沖激光光源I產(chǎn)生脈沖激光，這時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊 6采集到的一段數(shù)據(jù)是有效的，(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與系統(tǒng)所配置的光纜長(zhǎng)度有關(guān)，例如每一米光纜 對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù))。
DTS系統(tǒng)噪聲主要包括以下三種類(lèi)型噪聲，即光源的ASE噪聲(一種光纖放大器 產(chǎn)生的散射光噪聲)，APD(即光電探測(cè)器)暗電流，接收機(jī)(即小信號(hào)放大模塊)白噪聲。 ASE噪聲和APD暗電流基本上屬于直流信號(hào)；而白噪聲帶寬很寬，屬于交流信號(hào)，一般米用 累加再平均的方法來(lái)降低。
一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，包括如下步驟
步驟一，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之關(guān)閉同步信號(hào)，此時(shí)光源沒(méi)有脈沖光輸出， 但是有ASE光輸出，APD暗電流也存在；
步驟二，系統(tǒng)采集一組噪聲數(shù)據(jù)曲線，對(duì)這組噪聲數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行累加再平均(目 的是對(duì)白噪聲做濾波處理)，保存累加并平均后的噪聲數(shù)據(jù)曲線(主要是ASE噪聲和APD暗 電流噪聲)；
步驟三，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之正常產(chǎn)生同步信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作階 段；
步驟四，系統(tǒng)每次采集到一組處理(累加后平均)后的數(shù)據(jù)曲線時(shí)，把這組數(shù)據(jù)曲 線先減去步驟二所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲線，此時(shí)所獲得數(shù)據(jù)曲線已去除了主要噪聲的，信噪 比已大大提聞;
步驟五，系統(tǒng)進(jìn)行溫度解調(diào)處理，獲得溫度曲線，由于去除了主要噪聲，因此所測(cè) 得的溫度精度得到較大地提高；
步驟六，每過(guò)一段時(shí)間(如一天)或者系統(tǒng)機(jī)內(nèi)溫度變化超過(guò)一定溫度(如變化3 度，表明系統(tǒng)工作環(huán)境溫度已經(jīng)變化)時(shí)，重復(fù)步驟一和步驟二，更新所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲 線；這一步考慮了系統(tǒng)隨著工作時(shí)間的推移或工作環(huán)境溫度的變化而使得系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的變化。
以上顯示和描述的是本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技 術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述方法的限制，上述方法和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)本發(fā)明的 原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改 進(jìn)都落入由本發(fā)明所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之關(guān)閉同步信號(hào)，此時(shí)光源沒(méi)有脈沖光輸出，但是有ASE光輸出，APD暗電流也存在； 步驟二，系統(tǒng)采集一組噪聲數(shù)據(jù)曲線，對(duì)這組噪聲數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行累加再平均，保存累加并平均后的噪聲數(shù)據(jù)曲線； 步驟三，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)采集模塊，使之正常產(chǎn)生同步信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作階段；步驟四，系統(tǒng)每次采集到一組累加平均后的數(shù)據(jù)曲線時(shí)，把這組數(shù)據(jù)曲線先減去步驟二所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲線，獲得已去除了主要噪聲的數(shù)據(jù)曲線； 步驟五，系統(tǒng)進(jìn)行溫度解調(diào)處理，獲得溫度曲線； 步驟六，每過(guò)一段時(shí)間或者系統(tǒng)機(jī)內(nèi)溫度變化超過(guò)一定溫度時(shí)，重復(fù)步驟一和步驟二，更新所保存的噪聲數(shù)據(jù)曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)降噪方法，系統(tǒng)窄脈沖激光光源和數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)同步信號(hào)來(lái)協(xié)同工作，使得數(shù)據(jù)采集模塊得以在正確的時(shí)刻采集有用信號(hào)。利用所述方法可以定期獲取噪聲信號(hào)，并在測(cè)量過(guò)程中去除噪聲信號(hào)，從而獲得比較干凈的有效信號(hào)，可以有效地提高系統(tǒng)信噪比，從而提高測(cè)溫精度。
文檔編號(hào)G01K11/32GK103033283SQ20111029473
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者黃正 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司