專利名稱：分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖測(cè)溫技術(shù)，特別涉及一種高空間分辨力分布式光纖溫度設(shè)備 傳感及其溫度的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)得到了很快的發(fā)展，其測(cè)溫精度和測(cè)量距離基 本上能滿足大部分工程實(shí)用化的需求。但是，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨力(空 間采樣點(diǎn)的間隔距離，距離越小空間分辨力越高)仍然受到限制，空間分辨力主要取決于 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)采樣頻率。對(duì)于100MHz的采樣頻率，空間分辨力為1米。為提高空間分 辨力，傳統(tǒng)的辦法是將采樣頻率提高，比如增加到400MHz，此時(shí)空間分辨力縮短到0. 25米， 但是高速AD轉(zhuǎn)換器的成本高昂，電路制備復(fù)雜。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，背向散射反Stokes光(ASR) .Stokes光(SR)經(jīng)過(guò)光 波長(zhǎng)分離器件分離后，由于傳播路徑不同到達(dá)光電探測(cè)器的時(shí)間不同，這樣，會(huì)造成傳感光 纖上同一點(diǎn)反射的ASR和SR散射光到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間不同，如果采樣時(shí)鐘相位相同，會(huì)導(dǎo) 致同一時(shí)刻采集的ASR，SR信號(hào)對(duì)應(yīng)于空間不同的點(diǎn)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)由ASR和SR 的比求出溫度的變化，ASR，SR信號(hào)不對(duì)齊必然會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫系統(tǒng)的空間分辨率下降以及溫度 偏差，甚至出現(xiàn)和實(shí)際溫度相反的情況。傳統(tǒng)的解決辦法是通過(guò)加入不同長(zhǎng)度的匹配光纖 使ASR，SR通道光纖長(zhǎng)度保持一致，這種辦法操作起來(lái)比較復(fù)雜，而且很難精確補(bǔ)償長(zhǎng)度的 差別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，且測(cè)量準(zhǔn) 確度高的高空間分辨力分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)， 包括激光器模塊，與激光器模塊相連的光波長(zhǎng)分離模塊，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的 傳感光纖，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的ASR光探測(cè)器和SR光探測(cè)器，及ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換 器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生器，所述的時(shí)鐘產(chǎn)生器發(fā)出與系統(tǒng) 基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的時(shí)鐘信號(hào)或脈沖信號(hào)；該時(shí)鐘產(chǎn)生器分別與ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、激光器模塊及數(shù)據(jù)處理單元相連；所述的時(shí)鐘信號(hào)控制ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器或SR 模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述的脈沖信號(hào)控制激光器模塊。所述的時(shí)鐘產(chǎn)生器為相位可設(shè)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源。一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟(1)激光器模塊在時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制下，發(fā)出脈沖激光，脈沖激光通 過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊輸入到傳感光纖；(2)傳感光纖將反射回來(lái)的散射光通過(guò)另一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊分解成不同波長(zhǎng)的 ASR和SR信號(hào)分別光纖進(jìn)入ASR和SR光探測(cè)器，由與之相連的ASR和SR通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
(3)時(shí)鐘產(chǎn)生器發(fā)出與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的時(shí)鐘信號(hào)，控制ASR模數(shù)轉(zhuǎn) 換器或SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到數(shù)據(jù)處理單元；(4)數(shù)據(jù)處理單元將接收到的信號(hào)經(jīng)同步處理，計(jì)算得到溫度沿光纖的分布曲線。一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟(1)激光器模塊在時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生的與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的脈沖信號(hào)控 制下發(fā)出脈沖激光，脈沖激光通過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊輸入到傳感光纖；(2)傳感光纖將反射回來(lái)的散射光通過(guò)另一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊分解成不同波長(zhǎng)的 ASR和SR信號(hào)分別光纖進(jìn)入ASR和SR光探測(cè)器，由與之相連的ASR和SR通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；(3) ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到 數(shù)據(jù)處理單元；(4)數(shù)據(jù)處理單元將接收到的信號(hào)經(jīng)同步處理，計(jì)算得到溫度沿光纖的分布曲線。本發(fā)明采用在ASR、SR對(duì)應(yīng)的采集模塊和信號(hào)處理模塊間添加一時(shí)鐘產(chǎn)生器的方 法，它為相位可設(shè)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源，該項(xiàng)技術(shù)方案的采用，在不改變采樣信號(hào)頻率的條 件下，通過(guò)時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)鐘的不同相位偏移的方法，使空間采樣點(diǎn)相對(duì)偏 移一小段空間距離，該相對(duì)偏移的一小段距離為系統(tǒng)新的空間分辨力，相位偏移越小，空間 分辨力就越高，從而實(shí)現(xiàn)了在采樣頻率不變的條件下，通過(guò)相位偏移達(dá)到空間分辨力提高 的目的。由于本發(fā)明采用了在ASR、SR對(duì)應(yīng)的采集模塊和信號(hào)處理模塊間添加一相位可設(shè) 置的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源的技術(shù)方案，在不改變采樣信號(hào)的頻率下，通過(guò)時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生相對(duì) 于基準(zhǔn)時(shí)鐘的不同相位偏移的辦法使空間采樣點(diǎn)相對(duì)偏移一小段空間距離，這相對(duì)偏移的 一小段距離為系統(tǒng)新的空間分辨力，相位偏移越小，空間分辨力就越高，從而實(shí)現(xiàn)了在采樣 頻率不變的條件下，通過(guò)相位偏移的辦法達(dá)到空間分辨力提高的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由 于相位的改變比采樣頻率的提高容易得多，因此，本發(fā)明的技術(shù)方案具有簡(jiǎn)單易行，成本低 的優(yōu)點(diǎn)，而且SR，ASR通道的時(shí)間差也可以通過(guò)采用時(shí)鐘的相位差來(lái)精確補(bǔ)償，保證了測(cè)量 的準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高空間分辨力分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2是本實(shí)施例提供的一種高空間分辨力分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中時(shí)鐘產(chǎn)生 器的ASR，SR時(shí)鐘相位示意圖；其中1、傳感光纖；2、波長(zhǎng)分離模塊；3和4、光纖；5和6、光探測(cè)器；7和8、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器；9(10)、時(shí)鐘信號(hào)；11、時(shí)鐘產(chǎn)生器；12、數(shù)據(jù)處理單元；13、激光器模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例提供的一種高空間分辨力分布式光纖溫度傳 感系統(tǒng)，激光器模塊13在時(shí)鐘產(chǎn)生器11產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制下，發(fā)出一束脈沖激光，脈沖 激光通過(guò)波長(zhǎng)分離模塊2輸入到傳感光纖1，傳感光纖1反射回來(lái)的散射光通過(guò)波長(zhǎng)分離模
4塊2分解成不同波長(zhǎng)的ASR和SR信號(hào)通過(guò)光纖3，4進(jìn)入ASR，SR通道光探測(cè)器5和6，由 與之相連的ASR，SR通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器7和8轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到數(shù)據(jù)處理單元12計(jì)算得出 溫度沿光纖的分布曲線。參見(jiàn)圖2所示，時(shí)鐘產(chǎn)生器11可以輸出不同相位偏移的時(shí)鐘信號(hào)。圖2中，CLK_ ASR為ASR采樣時(shí)鐘，CLK_SR為SR采樣時(shí)鐘。在本實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器7，8的信號(hào)采樣頻率為100MHz，時(shí)鐘周期為10ns，對(duì)應(yīng) 空間采樣點(diǎn)的間隔距離為1米，時(shí)鐘產(chǎn)生器11產(chǎn)生不同的采樣時(shí)鐘，使得ASR，SR時(shí)鐘信 號(hào)9，10相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)鐘分別偏離0，1，2，3，4，5，6，7，8，9如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器7，8采樣10組數(shù)據(jù) 并送到數(shù)據(jù)處理單元12計(jì)算溫度，由于Ins對(duì)應(yīng)于空間上的采樣點(diǎn)偏離0. 1米的距離，若 0ns相位偏移時(shí)采樣的數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)距離為0，1,2,3,4……米，偏移In s時(shí)采樣的 數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)距離偏移了 0. 1米，對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)距離為0. 1，1. 1,2. 1,3. 1,4. 1…… 米，偏移2ns時(shí)采樣的數(shù)據(jù)組對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)距離偏移了 0. 2米，對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)距離為0. 2， 1.2,2.2,3.2,4.2……米，將10組數(shù)據(jù)組合在一起，就可以得到空間距離為0,0. 1,0.2, 0.3,0.4……米的數(shù)據(jù)，空間采樣點(diǎn)的間隔距離為0. 1米，也就是空間分辨力提高到0. 1米。通過(guò)改變ASR，SR采樣時(shí)鐘信號(hào)的相位差，還可以實(shí)現(xiàn)ASR，SR信號(hào)在時(shí)間上的對(duì) 齊。對(duì)于100MHz的采用頻率，1米整數(shù)倍的通道長(zhǎng)度差可采用軟件處理的辦法，將采集到的 數(shù)據(jù)互相錯(cuò)開(kāi)幾個(gè)時(shí)鐘周期就可以對(duì)齊。對(duì)于小于1米的長(zhǎng)度差通過(guò)采樣時(shí)鐘信號(hào)不同的 相位偏移解決。由于光在光纖中傳輸速度為2X108m/S，也就是0. 2m/ns，如果圖1中SR通 道光纖長(zhǎng)度比ASR通道長(zhǎng)0. lm，那么在時(shí)間上SR信號(hào)遲于ASR信號(hào)Ins到達(dá)，通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí) 鐘產(chǎn)生器時(shí)鐘采樣相位，使得SR采樣時(shí)鐘相對(duì)ASR采樣時(shí)鐘延遲1ns，就可以保證數(shù)據(jù)處 理單元得到的SR和ASR信號(hào)為傳感光纖上同一點(diǎn)的反射值，反之如果SR通道光纖長(zhǎng)度比 ASR通道短0. lm，可以使SR采樣時(shí)鐘相對(duì)ASR采樣時(shí)鐘超前Ins解決，具體時(shí)鐘相位關(guān)系 于圖2所示。由于相位的偏移值可以很小，光纖長(zhǎng)度差別可以精確補(bǔ)償。本發(fā)明通過(guò)時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)鐘的不同相位偏移使空間采樣點(diǎn)相對(duì) 偏移一小段空間距離的辦法來(lái)提高空間分辨力，相比于提高采用頻率的方案達(dá)到了低成 本，控制簡(jiǎn)單的目的，該方法同時(shí)用于ASR，SR信號(hào)時(shí)間上的精確對(duì)齊。
權(quán)利要求
一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)，包括激光器模塊，與激光器模塊相連的光波長(zhǎng)分離模塊，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的傳感光纖，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的ASR光探測(cè)器和SR光探測(cè)器，及ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生器，所述的時(shí)鐘產(chǎn)生器發(fā)出與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的時(shí)鐘信號(hào)或脈沖信號(hào)；該時(shí)鐘產(chǎn)生器分別與ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器、激光器模塊及數(shù)據(jù)處理單元相連；所述的時(shí)鐘信號(hào)控制ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器或SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述的脈沖信號(hào)控制激光器模塊。
2.一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟(1)激光器模塊在時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制下，發(fā)出脈沖激光，脈沖激光通過(guò)一 個(gè)波長(zhǎng)分離模塊輸入到傳感光纖；(2)傳感光纖將反射回來(lái)的散射光通過(guò)另一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊分解成不同波長(zhǎng)的ASR和 SR信號(hào)分別光纖進(jìn)入ASR和SR光探測(cè)器，由與之相連的ASR和SR通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；(3)時(shí)鐘產(chǎn)生器發(fā)出與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的時(shí)鐘信號(hào)，控制ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器 或SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到數(shù)據(jù)處理單元；(4)數(shù)據(jù)處理單元將接收到的信號(hào)經(jīng)同步處理，計(jì)算得到溫度沿光纖的分布曲線。
3.一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟(1)激光器模塊在時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生的與系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的脈沖信號(hào)控制下 發(fā)出脈沖激光，脈沖激光通過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊輸入到傳感光纖；(2)傳感光纖將反射回來(lái)的散射光通過(guò)另一個(gè)波長(zhǎng)分離模塊分解成不同波長(zhǎng)的ASR和 SR信號(hào)分別光纖進(jìn)入ASR和SR光探測(cè)器，由與之相連的ASR和SR通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；(3)ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到數(shù)據(jù) 處理單元；(4)數(shù)據(jù)處理單元將接收到的信號(hào)經(jīng)同步處理，計(jì)算得到溫度沿光纖的分布曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)，包括激光器模塊，與激光器模塊相連的光波長(zhǎng)分離模塊，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的傳感光纖，與光波長(zhǎng)分離模塊輸出端相連的ASR光探測(cè)器和SR光探測(cè)器，及ASR模數(shù)轉(zhuǎn)換器和SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生器與ASR，SR模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，并與激光器和數(shù)據(jù)處理單元相連。該時(shí)鐘產(chǎn)生器產(chǎn)生相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)鐘不同相位偏移的ASR，SR時(shí)鐘信號(hào)或者激光器觸發(fā)脈沖信號(hào)，使得空間采樣點(diǎn)偏移一小段距離從而獲得高的空間分辨力，相比于通過(guò)提高采樣頻率增加空間分辨力的方法，本發(fā)明具有簡(jiǎn)單易行，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101975625SQ20101029356
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者劉進(jìn), 姜明武, 陳志標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州光格設(shè)備有限公司