一種消除1xn光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置，包括激光源、分光器、探測器、1XN光開關(guān)、首端參考光纖盒、尾端溫箱、測量光纖、數(shù)據(jù)模塊。每條通道首端參考光纖盒為環(huán)境溫度，尾端溫箱為水浴溫度90℃。利用校準(zhǔn)光纖盒和計(jì)算溫度可以對分布式光纖測溫裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。將首端參考光纖盒放在1XN機(jī)械式多模光開關(guān)之后，可有效消除因光開關(guān)自身損耗不確定性引起通道參數(shù)的不一致，增加了現(xiàn)場標(biāo)定溫度的準(zhǔn)確性，達(dá)到長時(shí)間準(zhǔn)確測量的目的。減少出廠溫度標(biāo)定和現(xiàn)場標(biāo)定時(shí)的繁瑣步驟，節(jié)省人力和時(shí)間。
【專利說明】
一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種溫度傳感裝置，特別是一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光 纖溫度傳感裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式光纖測溫的基本原理是拉曼散射效應(yīng)和光時(shí)域反射原理，能準(zhǔn)確探測光纜 沿線的溫度值，相鄰溫度值之間的最小距離能達(dá)到〇.5m，無測量盲區(qū)。傳感器為光纖，單通 道可達(dá)32km，易于安裝，體積小，外形可變，適合在易燃易爆及空間復(fù)雜的環(huán)境中使用。目 前，分布式光纖測溫技術(shù)比較成熟，是一種先進(jìn)的工業(yè)在線檢測手段，廣泛應(yīng)用在石油化 工、電力電纜、管道輸送、核電站、公路隧道等領(lǐng)域。
[0003] 目前，分布式光纖測溫裝置的生產(chǎn)廠家會讓一臺測量主機(jī)包含多通道，從而提高 單臺測量主機(jī)的使用效率和擴(kuò)大溫度測量范圍。常規(guī)的單臺測量主機(jī)通道規(guī)格有1X4，1X8， 1X16,1X32。單通道測量距離有21〇11，41〇11，81〇11，161〇11，321〇11。為滿足多通道同時(shí)測量，需要通道 之間有順序的切換，一般產(chǎn)品采用通信級別的多模光開關(guān)模塊切換各個(gè)通道。當(dāng)光信號通 過光開關(guān)時(shí)，會有不同情況的衰減。主要原因有兩個(gè)：1、插入損耗的不確定性，導(dǎo)致每個(gè)通 道之間的損耗是不一樣的，隨機(jī)的。2、光開關(guān)自身材料對光信號產(chǎn)生的損耗。我們通過實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)，光開關(guān)的損耗不確定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的介入損耗。機(jī)械式多模光開關(guān)自身損耗具 有不確定性，導(dǎo)致N條通道的參數(shù)不同，一般情況下在通信領(lǐng)域，光開關(guān)損耗小，因此不將這 部分損耗考慮進(jìn)去，可以忽略的。但是在分布式光纖測溫領(lǐng)域，基于光反射原理的拉曼散射 信號十分微弱，這部分損耗在經(jīng)過放大后十分明顯。所以，消除通道之間的不一致性，顯得 尤為重要。當(dāng)分布式光纖傳感器出廠時(shí)，部分參數(shù)已經(jīng)設(shè)置好，在實(shí)驗(yàn)室理想條件下，溫度 較為正確。但是在安裝現(xiàn)場，光纖是提前施工鋪設(shè)完成的，本身存在彎曲，沿途溫度不一致 等問題，會給現(xiàn)場標(biāo)定的精度帶來影響，導(dǎo)致后續(xù)的使用過程中帶來誤報(bào)、漏報(bào)等錯(cuò)誤報(bào) 警。消除通道不一致性，對機(jī)器安裝和使用的精度有現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決光開關(guān)衰減不確定性的問題，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)較為簡單，消除 不同通道之間的因?yàn)楣忾_關(guān)自身的損耗而引起的通道參數(shù)不同，消除了 1XN光開關(guān)的影響。 提高現(xiàn)場標(biāo)定的準(zhǔn)確性，減少出廠溫度標(biāo)定和現(xiàn)場標(biāo)定時(shí)的繁瑣步驟，節(jié)省人力和時(shí)間。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] -種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖測溫系統(tǒng)，主機(jī)沒有單一溫度標(biāo)準(zhǔn)，而是在 光通過光開關(guān)之后每條通道都有一個(gè)溫度標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 前述的分布式光纖測溫系統(tǒng)主機(jī)，包括激光源、分光器、探測器、1XN光開關(guān)、首端 溫度盒、測量光纖、尾端溫箱、數(shù)據(jù)模塊。高頻窄帶激光源與分光器的輸入端相連，之后連接 分光器，分光器的第一輸出連接光開關(guān)的輸入端，機(jī)械式光開關(guān)的輸出端N路連接N塊首端 溫度盒，之后連接測量光纖，最后連接尾端溫箱。分光器的二輸出口和三輸出口與探測器相 連接，探測器輸出端與數(shù)據(jù)模塊相連接。每通道的首端溫度盒與尾端溫箱與數(shù)據(jù)模塊連接。
[0008] 前述的激光器為高頻窄帶高功率脈沖激光器。
[0009] 前述的溫度標(biāo)準(zhǔn)，既是首端溫度盒的溫度，首端溫度盒中含有一段幾十米到一百 米的參考光纖，包含一個(gè)鉑電阻與數(shù)據(jù)模塊連接。
[0010] 前述的分布式光纖溫度尾端溫箱，是溫度較高的恒溫箱，溫箱里包含溫度傳感器 與數(shù)據(jù)模塊連接。
[0011] 前述的首端溫度盒中的鉑電阻為PT1000型鉑電阻。
[0012] 前述的尾端溫箱中的溫度計(jì)為小型數(shù)字顯示溫度計(jì)。
[0013] 前述的數(shù)據(jù)模塊利用公式計(jì)算出傳感光纜的各點(diǎn)溫度值。
[0014] 前述的探測器測器A4和探測器B5為InGaAs APD。
[0015] 與傳統(tǒng)的光纖測溫傳感裝置相對比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 在1XN多模光開關(guān)后安裝與通道數(shù)相對應(yīng)的首端溫度盒，既可以消除由于光開關(guān) 本身對于不同通道光信號衰減的隨機(jī)性，從而達(dá)到通道參數(shù)的一致性。在工程現(xiàn)場標(biāo)定時(shí)， 保證系統(tǒng)的測溫更加精確。
[0017] 本實(shí)用新型的分布式光纖測溫裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需按照通道在光開關(guān)之后增加與 通道數(shù)對應(yīng)的首端溫度盒，溫度操作簡單，成本低廉。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1所示，一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置，包括激光源1、 分光器2、1XN光開關(guān)3、探測器A4、探測器B5、首端溫度盒7、尾端溫箱9、傳感光纖8、數(shù)據(jù)模塊 6〇
[0020] 所述的激光源1為高頻高功率窄帶脈沖光源，本實(shí)例選用的激光中心波長為 1550nm，脈沖為4~8ns，功率為1~501
[0021 ] 所述分光器2，用于分離反向的stocks光和anti-stocks光，本例選用1X3WDM分光， 輸入為1550nm，第一輸出為1550,二輸出為1450nm，三輸出為1650nm
[0022]所述的首端溫度盒7，盒內(nèi)溫度為其所處的環(huán)境溫度，內(nèi)含有一段30m光纖，并且有 一個(gè)鉑電阻與測溫主機(jī)相連接。
[0023]所述的尾端溫箱9,溫箱為恒溫水浴箱，溫度控制為90°C±2°C，內(nèi)含有50m傳感光 纖，并且有小型數(shù)字顯示溫度計(jì)。
[0024]所述的傳感光纖8是通信光纖，本例選擇帶寬較寬、抗壓抗拉的GI62.5/125通信多 模銷裝光纜。
[0025]所述的探測器A4,探測器B5,分別連接分光器的二輸出端、三輸出端。用于探測傳 感光纖8反射回來信號微弱的stocks和anti-stocks光。本例選用銦鎵砷雪崩二極管。
[0026] 所述的數(shù)據(jù)模塊7連接探測器A4和探測器B5的電信號，計(jì)算整條傳感光纜8溫度。
[0027] 高功率的窄帶脈沖從激光器發(fā)出之后，沿著光纖經(jīng)過分光器，然后進(jìn)入1XN光開 關(guān)，通過光開關(guān)有規(guī)律的切換，脈沖激光分別進(jìn)入N條通道。根據(jù)光時(shí)域反射原理，反射光中 攜帶著拉曼散射的stocks光和anti-stocks光，經(jīng)過WDM分光器分光，將兩種不同波長的光 從反射光中離出來。兩種光分別經(jīng)由二極管AH)的放大探測，將拉曼光信號的光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?信號，進(jìn)入數(shù)據(jù)模塊計(jì)算得整條光纜溫度。
[0028]為了消除激光源波動(dòng)等影響，一般都會利用Anti-Stokes和Stokes光強(qiáng)度的比值 進(jìn)行計(jì)算。本實(shí)例的理論計(jì)算公式為(1)，利用公式，能根據(jù)光強(qiáng)的比值，求出L處的溫度值T
(1)
[0029]
[0030] 式（1)中：Ka，Ks是光纖特性決定的Stokes光和六111:;[-31:01^8光截面系數(shù);￥ ￡1，￥3是 八111:;[-31:01^8和31:01^8的光子頻率，]^;33、3￡1是4111:;[-31:01^8光和31:01^8光在光纖中的傳輸 損耗，dB; L是測溫光纜的長度，m; Is、Ia是的Anti-Stokes和Stokes光強(qiáng)，Δ v是拉曼頻移。 [0031 ] 其中Ka，Ks，va，Vs，as，a a，Is，Ia，h，Δ v參數(shù)在同一臺測溫主機(jī)固定不變，光傳輸損耗 隨距離L變化而增大。
[0032] 光通過光開關(guān)時(shí)，光開關(guān)每條通道的衰減值不同，用的令b為可利用首端溫度盒的 溫度T/和尾端溫箱的溫度Tn兩個(gè)溫度值的比值，，在不同距離下，通過，以及，可以確定將數(shù) 據(jù)帶入(1)得到準(zhǔn)確溫度。
[0033] 首端溫度盒在光開關(guān)之前計(jì)算公式(2):
[0034]
(2)
[0035] 式中Tn是η路尾端溫箱溫度，To是原有技術(shù)里的單一參考溫度。Tn為尾端溫箱溫度， To是原有技術(shù)里的單一參考溫度，為η通道的ant i-stocks光強(qiáng)，μη為光開關(guān)對于η通道 &111：；[-81：001^光強(qiáng)的衰減，75"為81：001^光強(qiáng)，以 /11為光開關(guān)對于11通道3111：；[-81：001^光強(qiáng)的衰 減。V "和^不同，二者在η通道里的系數(shù)不同
[0036] 在光開關(guān)的后端，每通道加裝首端溫度盒以后，原來的標(biāo)定公式變?yōu)楣?2)，消 除光開關(guān)對于每一通道不同的衰減。
[0037]
⑵
[0038] 式中Τη是η路尾端溫箱溫度，Tr/是通道的首端溫度盒。人氏為]!通道的anti-stocks 光強(qiáng)，μη為光開關(guān)對于η通道anti-stocks光強(qiáng)的衰減，ls"Sstocks光強(qiáng)，μ' n為光開關(guān)對于η 通道anti-stocks光強(qiáng)的衰減，a為與溫度無關(guān)的常數(shù)。
[0039] 本實(shí)用新型未詳細(xì)說明的地方屬于分布式光纖測溫領(lǐng)域的公開技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于:包括激光源（1)、 與激光源（1)相連的分光器(2 )、所述分光器(2)的第一輸出端與光開關(guān)(3)的輸入端相連， 所述光開關(guān)(3)的輸出端有N路，每一路分別與一個(gè)溫度校準(zhǔn)模塊相連，所述的溫度校準(zhǔn)模 塊由首端溫度盒(7)、尾端溫箱(9)、以及連接首端溫度盒(7)和尾端溫箱(9)的傳感光纖(8) 組成，所述分光器(2)的第二輸出端與探測器A(4)相連，所述分光器(2)的第三輸出端與探 測器B(5)相連，還包括與探測器A(4)、探測器B(5)相連的數(shù)據(jù)模塊(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征 在于所述首端溫度盒(7)的溫度處于-10~40°C的常溫區(qū)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除1XN光開關(guān)影響的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征 在于所述尾端溫箱(9)的溫度處于90°C的高溫區(qū)。
【文檔編號】G01K15/00GK205607564SQ201620289951
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】董林翰, 曲方, 李二明
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院