光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，包括：脈沖光源、光纖波分復(fù)用單元、探測(cè)光纖、Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元、信號(hào)處理單元、報(bào)警單元；所述光纖波分復(fù)用單元與脈沖光源、探測(cè)光纖、Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元相連接，Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元的另一端與信號(hào)處理單元相連接。將Anti_Stoks光光電接收放大單元作為信號(hào)通道，Stoks光光電接收放大單元作為參考通道，對(duì)二者分別進(jìn)行采集并檢測(cè)二者的比值，得到測(cè)量點(diǎn)的溫度，可以避免光源不穩(wěn)定或光纖彎曲接頭損耗對(duì)散射強(qiáng)度的影響，測(cè)量精確性高。
【專利說明】光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光纖測(cè)溫設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)中電纜和高壓開關(guān)柜越來越多，發(fā)生故障 的幾率也越來越大。根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)電纜和開關(guān)故障率逐年有升高的趨勢(shì)。而且，火災(zāi) 事故大部分是由于溫度過高引起的，因此，在火災(zāi)發(fā)生之前，及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電纜、開關(guān)柜 的溫度變化并發(fā)出報(bào)警，使用戶有充分的時(shí)間采取相應(yīng)的措施，這對(duì)避免事故發(fā)生或引起 火災(zāi)尤為重要。但是目前主要運(yùn)用的是傳統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)，傳感器分布的檢測(cè)點(diǎn)間斷，只有檢測(cè) 探頭接觸的點(diǎn)才能被檢測(cè)，檢測(cè)范圍小，而且檢測(cè)信號(hào)輸出的是弱電信號(hào)，極易受到電磁干 擾；將電路作為信號(hào)通道，對(duì)于高壓設(shè)備的絕緣要求特別高，檢修維護(hù)很難。不適合用于對(duì) 溫度系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)的場(chǎng)合。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型解決的問題是提供一種光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全面檢 測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、不怕干擾。
[0004] 為解決上述問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，包括： 脈沖光源、光纖波分復(fù)用單元、探測(cè)光纖、Anti_Stoks光光電接收放大單元、stoks光光電 接收放大單元、信號(hào)處理單元、報(bào)警單元；所述光纖波分復(fù)用單元與脈沖光源、探測(cè)光纖、 Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元相連接，Anti_Stoks光光電 接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元的另一端與信號(hào)處理單元相連接；所述脈沖光 源向探測(cè)光纖發(fā)送激光脈沖，且光纖波分復(fù)用單元從探測(cè)光纖的背向散射光中提取Anti_ Stoks光和Stoks光，分別發(fā)送給Anti_Stoks光光電接收放大單元和Stoks光光電接收放 大單元，所述信號(hào)處理單元根據(jù)提取的Anti_Stoks光和Stoks光進(jìn)行比較和判斷，獲得是 否探測(cè)光纖某個(gè)地方的溫度是否不正常升高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)地方的溫度不正常升高，報(bào)警單 元發(fā)出警報(bào)。
[0005] 可選的，Anti_Stoks光光電接收放大單兀、Stoks光光電接收放大單元包括光電 傳感器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述光纖波分復(fù)用單兀、光電傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、信 號(hào)處理單元依次連接。
[0006] 可選的，所述放大單元為高增益、寬帶、低噪聲的放大器。
[0007] 可選的，所述光電傳感器為帶尾纖和前置放大器的光電雪崩二極管。
[0008] 可選的，所述所述探測(cè)光纖的數(shù)量為一條或多條，對(duì)應(yīng)的Anti_Stoks光光電接收 放大單元、Stoks光光電接收放大單元的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0009] 可選的，還包括顯示單元，用于進(jìn)行探測(cè)溫度的參數(shù)顯示和曲線顯示。
[0010] 可選的，所述探測(cè)光纖為62. 5/125 μ m漸變折射率多模光纖。
[0011] 可選的，所述信號(hào)處理單元包括定溫檢測(cè)模塊和升溫檢測(cè)模塊，所述定溫檢測(cè)模 塊將檢測(cè)溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)溫度高于預(yù)設(shè)溫度，發(fā)出警報(bào)，所述升溫檢測(cè)模 塊當(dāng)檢測(cè)到預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)升高的溫度超過預(yù)設(shè)范圍，發(fā)出警報(bào)。
[0012] 可選的，所述光纖波分復(fù)用單元為薄膜干涉濾波片式光纖波分復(fù)用單元、布拉格 光柵光纖波分復(fù)用單元或光柵耦合器光纖波分復(fù)用單元。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014]本實(shí)用新型通過光纖波分復(fù)用單兀將背向散射光分波，分別提取成Anti_Stoks 光、Stoks光，并將Anti_Stoks光光電接收放大單元作為信號(hào)通道，stoks光光電接收放大 單元作為參考通道，對(duì)二者分別進(jìn)行采集并檢測(cè)二者的比值，得到測(cè)量點(diǎn)的溫度，可以避免 光源不穩(wěn)定或光纖彎曲接頭損耗對(duì)散射強(qiáng)度的影響，測(cè)量精確性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描 述。
[0017] 請(qǐng)參考圖1，為本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包 括：脈沖光源10、光纖波分復(fù)用（WDM)單元20、探測(cè)光纖30、Anti_St 〇ks光光電接收放大單 元40、Stoks光光電接收放大單元50、信號(hào)處理單元60、報(bào)警單元70 ;所述光纖波分復(fù)用單 兀20與脈沖光源10、探測(cè)光纖30、Anti_Stoks光光電接收放大單元40、Stoks光光電接收 放大單元50相連接，Anti_Stoks光光電接收放大單元40、Stoks光光電接收放大單元50 的另一端與信號(hào)處理單元60相連接。
[0018] 光纖傳感技術(shù)是伴隨著光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。在光通信系統(tǒng)中，光纖 被用作遠(yuǎn)距離傳輸光波信號(hào)的媒質(zhì)。這時(shí)，要求光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)受外界干擾越小越好。但 在實(shí)際的光傳輸過程中，光纖受外界環(huán)境因素如溫度、壓力、電磁場(chǎng)等的影響會(huì)引起光纖光 波參數(shù)如光強(qiáng)、相位、頻率、偏振、波長(zhǎng)等的變化。如果測(cè)量出這些光波參數(shù)的變化，就可以 獲得導(dǎo)致這些光波參數(shù)變化的外界影響因素的物理量的大小，實(shí)現(xiàn)光纖傳感測(cè)量。
[0019] 在本實(shí)施例中，光纖溫度傳感原理的主要依據(jù)是光纖的光時(shí)域反射（0TDR)原理 以及光纖的背向Raman散射溫度效應(yīng)，
[0020] 當(dāng)一個(gè)光脈沖從光纖的一端射入光纖時(shí)，這個(gè)光脈沖會(huì)沿著光纖向前傳播，在傳 播中的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生Raman散射，Raman散射之中有一小部分散射光的方向正好與入射 光的方向相反（亦可稱為"背向"）。這種背向散射光的強(qiáng)度與光纖中散射點(diǎn)的溫度有一定 的相關(guān)關(guān)系。散射點(diǎn)的溫度（該點(diǎn)光纖的環(huán)境溫度）越高，散射光的強(qiáng)度也越大。也就是 說，背向散射光的強(qiáng)度可以反映出散射點(diǎn)的溫度。
[0021] 同時(shí)激光脈沖在光纖中傳播時(shí)Raman散射會(huì)產(chǎn)生反斯托克斯信號(hào)（Anti-Stokes 光）和斯托克斯散射光信號(hào)（Stokes光），Anti-Stokes散射對(duì)溫度特別敏感，而Stokes 散射與溫度無關(guān)。同時(shí)由于光源有時(shí)會(huì)不穩(wěn)定，且現(xiàn)有的光纖的長(zhǎng)度有限，當(dāng)需要檢測(cè)幾 公里或幾十公里長(zhǎng)的范圍，不同光纖之間需要接頭連接，所述接頭會(huì)損耗部分光強(qiáng)，為了避 免光源不穩(wěn)定或光纖彎曲接頭損耗對(duì)散射強(qiáng)度的影響，提高測(cè)溫準(zhǔn)確度，在本實(shí)施例中采 用雙通道雙波長(zhǎng)比較的方法，即利用Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收 放大單元分別接收對(duì)應(yīng)的背向散射光，將Anti_Stoks光光電接收放大單元作為信號(hào)通道， Stoks光光電接收放大單元作為參考通道，對(duì)二者分別進(jìn)行采集并檢測(cè)二者的比值，得到測(cè) 量點(diǎn)的溫度。
[0022] 在本實(shí)施例中，所述脈沖光源10包括LD驅(qū)動(dòng)器和激光二極管，利用所述激光二極 管產(chǎn)生激光脈沖。由于光源輸出的功率幅值越大，溫度傳感器的溫度分辨率越高，光脈沖在 測(cè)量用傳感光纖中的傳播距離越長(zhǎng)，說明測(cè)量的空間范圍越大。本實(shí)施例中，在提高光功率 時(shí)保證在光纖的非線性閾值以下，光源的重復(fù)頻率越高，在對(duì)微弱的Anti-Stokes散射和 Stokes散射信號(hào)檢測(cè)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)累積的次數(shù)就越多，信噪比改善就越高，用的時(shí)間則越 少，實(shí)時(shí)性愈強(qiáng)。
[0023] 所述激光脈沖發(fā)射到探測(cè)光纖30中，由于光纖的光時(shí)域反射（0TDR)原理以及光 纖的背向Raman散射溫度效應(yīng)，Raman散射會(huì)產(chǎn)生背向的Anti-Stokes光和Stokes光，所 述散射Anti_Stoks光和Stokes光傳播回光纖波分復(fù)用單元20后通過回光纖波分復(fù)用單 元20進(jìn)行分波提取，提取的Anti_Stoks光進(jìn)入Anti_Stoks光光電接收放大單元、提取的 Stoks光進(jìn)入Stoks光光電接收放大單元。在本實(shí)施例中，所述探測(cè)光纖為62. 5/125 μ m漸 變折射率多模光纖。
[0024] 在本實(shí)施例中，所述光纖波分復(fù)用單元20為薄膜干涉濾波片式光纖波分復(fù)用單 元，在其他實(shí)施例中，所述光纖波分復(fù)用單元為布拉格Bragg光柵光纖波分復(fù)用單元、光柵 耦合器光纖波分復(fù)用單元等。其中所述光柵耦合器可以為基于Mach-Zehnder干涉儀的光 纖光柵耦合器。
[0025] 在本實(shí)施例中，所述Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單 元的結(jié)構(gòu)相同，都包括光電傳感器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述光纖波分復(fù)用單元、光電傳 感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理單元依次連接。
[0026] 所述光電傳感器為帶尾纖和前置放大器的光電雪崩二極管。所述放大單元為高增 益、寬帶、低噪聲的放大器。
[0027] 所述探測(cè)光纖的數(shù)量為一條或多條，對(duì)應(yīng)的Anti_St〇ks光光電接收放大單元、 Stoks光光電接收放大單元的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0028] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述探測(cè)光纖的數(shù)量為4條，對(duì)應(yīng)的Anti_Stoks光光電接 收放大單元、Stoks光光電接收放大單元的數(shù)量為4個(gè)，4條探測(cè)光纖可以分別進(jìn)行檢測(cè)或 同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。
[0029] 由于兩個(gè)Anti-Stokes散射對(duì)溫度特別敏感，而Stokes散射與溫度無關(guān)。利用 Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元分別接收對(duì)應(yīng)的背向散射 光，將Anti_Stoks光光電接收放大單元作為信號(hào)通道，Stoks光光電接收放大單元作為參 考通道，對(duì)二者分別進(jìn)行采集并檢測(cè)二者的比值，得到測(cè)量點(diǎn)的溫度。
[0030]由于激光功率沿探測(cè)光纖的損耗較小，所以測(cè)量距離較長(zhǎng)，一般可達(dá)數(shù)公里，最長(zhǎng) 可以達(dá)到數(shù)十公里以上。同時(shí)，根據(jù)接收的光功率可以確定當(dāng)前測(cè)量溫度值的位置，而此時(shí) 的測(cè)量距離是時(shí)間的函數(shù)，則接收的光功率也表示為時(shí)間的函數(shù)。若以激光脈沖注入光纖 的瞬間為計(jì)時(shí)開始，即z = 0處t = 0,則在t時(shí)刻系統(tǒng)測(cè)量終端接收到的反斯托克斯和斯 托克斯信號(hào)在光纖上所處的空間位置為a = 1匕^測(cè)量時(shí)刻不同，測(cè)量終端接收的光功率 也對(duì)應(yīng)著傳感光纖的不同空間位置；傳感光纖的空間位置從z = 0增加至z = L(L為傳感 If 光纖長(zhǎng)度），對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)刻從t二ο到$^在系統(tǒng)測(cè)量終端實(shí)現(xiàn)了傳感光纖所處環(huán)境溫度 的分布式測(cè)量，從而可以確定整個(gè)溫度場(chǎng)的分布。
[0031]在本發(fā)明實(shí)施例中，所述信號(hào)處理單元60包括定溫檢測(cè)模塊和升溫檢測(cè)模塊，所 述定溫檢測(cè)模塊將檢測(cè)溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)溫度高于預(yù)設(shè)溫度，利用報(bào)警單 元發(fā)出警報(bào)，所述升溫檢測(cè)模塊當(dāng)檢測(cè)到預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)升高的溫度超過預(yù)設(shè)范圍，利用報(bào)警 單元發(fā)出警報(bào)。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)還可以包括顯示單元，用于進(jìn)行 探測(cè)溫度的參數(shù)顯示和曲線顯示，當(dāng)進(jìn)行曲線顯示時(shí)，所述曲線顯示包括同一地點(diǎn)不同時(shí) 間的溫度顯示和同一時(shí)間不同地點(diǎn)的溫度顯示，且所有地方的溫度可以通過縮放或左右移 動(dòng)的方式進(jìn)行直觀獲得。
[0033] 本實(shí)用新型雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本實(shí)用新型，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技 術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù) 方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及 修飾，均屬于本頭用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，包括：脈沖光源、光纖波分復(fù)用單元、 探測(cè)光纖、Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元、信號(hào)處理單元、 報(bào)警單兀； 所述光纖波分復(fù)用單元與脈沖光源、探測(cè)光纖、Anti_Stoks光光電接收放大單元、 Stoks光光電接收放大單元相連接，Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放 大單元的另一端與信號(hào)處理單元相連接； 所述脈沖光源向探測(cè)光纖發(fā)送激光脈沖，且光纖波分復(fù)用單元從探測(cè)光纖的背向散射 光中提取Anti_Stoks光和Stoks光，分別發(fā)送給Anti_Stoks光光電接收放大單元和Stoks 光光電接收放大單元，所述信號(hào)處理單元根據(jù)提取的Anti_Stoks光和Stoks光進(jìn)行比較和 判斷，獲得是否探測(cè)光纖某個(gè)地方的溫度是否不正常升高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)地方的溫度不正常 升高，報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，Anti_Stoks光光電接 收放大單兀、Stoks光光電接收放大單兀包括光電傳感器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述光纖 波分復(fù)用單元、光電傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理單元依次連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述放大單元為高增 益、寬帶、低噪聲的放大器。
4. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述光電傳感器為帶 尾纖和前置放大器的光電雪崩二極管。
5. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述所述探測(cè)光纖的 數(shù)量為一條或多條，對(duì)應(yīng)的Anti_Stoks光光電接收放大單元、Stoks光光電接收放大單元 的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示單元，用于 進(jìn)行探測(cè)溫度的參數(shù)顯示和曲線顯示。
7. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)光纖為 62. 5/125 μ m漸變折射率多模光纖。
8. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包 括定溫檢測(cè)模塊和升溫檢測(cè)模塊，所述定溫檢測(cè)模塊將檢測(cè)溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，當(dāng) 檢測(cè)溫度高于預(yù)設(shè)溫度，發(fā)出警報(bào)，所述升溫檢測(cè)模塊當(dāng)檢測(cè)到預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)升高的溫度超 過預(yù)設(shè)范圍，發(fā)出警報(bào)。
9. 如權(quán)利要求1所述的光纖感溫火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖波分復(fù)用單 元為薄膜干涉濾波片式光纖波分復(fù)用單元、布拉格光柵光纖波分復(fù)用單元或光柵耦合器光 纖波分復(fù)用單元。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK204087417SQ201420514971
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】沈鑫, 鮑春江, 孫明明 申請(qǐng)人:杭州東環(huán)電氣有限公司