專利名稱：用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置及其使用方法
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，具體的說是用同一電路檢測Stocks和 反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
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)，其作用是對這些重 要的場所進行實時溫度監(jiān)控。它對與保證工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備正常運行，保障生命和財產(chǎn)的安全起 著重要的作用。
現(xiàn)有的光纖溫度傳感裝置是由激光驅(qū)動器、激光器、同步控制器、耦合器、參考光纖、 濾光器、光電探頭、信號放大器、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成。其工作原理為激光器連續(xù)不 斷地向探測光纜中發(fā)射激光，激光在光纜中傳輸過程中會發(fā)生后向散射，由于喇漫光譜對溫 度是敏感的，通過耦合器和分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 信號放大處理后進行數(shù)據(jù)采集，然后再將采集到的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理器計算機進行處理計算， 最終得出溫度數(shù)據(jù)。
在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，Stocks和反Stocks是兩個很重要的參數(shù)；現(xiàn)在主要是采用 分路同時測量是采用分路分別測量Stocks和反Stocks;但由于兩個光路中的濾光器、探測器 和放大器等的參數(shù)不可能相同?，F(xiàn)有的方法存在的缺陷和不足如下
1、 由于它是分路測量，需要很大的光信號；
2、 該裝置有帶寬限制和偏離差異，測溫精度不高；
3、 用了多套器件，設(shè)備成本高；
4、 儀器工作穩(wěn)定性不好，需處理的數(shù)據(jù)量大。
故仍然需要對現(xiàn)有分布式光纖溫度傳感設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光 纖溫度傳感裝置及其使用方法，該裝置沒有帶寬限制和偏離差異，提高了測量溫溫精度；減 少了器件，降低設(shè)備成本；儀器工作穩(wěn)定性好，減少了需處理的數(shù)據(jù)；克服了現(xiàn)有技術(shù)中存 在的缺點和不足缺點。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分 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)動器的輸出端連接， 激光驅(qū)動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，激光器的輸出端與Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置的輸入端連接，Stocks與反 Stocks分時濾光耦合裝置的輸出端與光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與放大 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) 處理器的一輸入端連接，其特征在于所述Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置由反Stocks 濾光鏡、Stocks濾光鏡、若干反光鏡和快門構(gòu)成。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述反光鏡為3—6個，所述快門在一組反光鏡之間。
本發(fā)明進一步包括用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置的 使用方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
步驟一，計算機發(fā)送溫度監(jiān)測命令給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器立刻驅(qū)動同步控制器發(fā)出 同步脈沖控制激光驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集器同步工作；
步驟二，激光驅(qū)動器接到同步控制器發(fā)來的同步脈沖后就開始驅(qū)動激光器工作，向光纖 中連續(xù)不斷地發(fā)送激光；
步驟三，激光在光纖中傳輸時會發(fā)生后向喇漫散射，后向散射回來的激光信號進入Stocks 與反Stocks分時耦合器，被Stocks與反Stocks分時耦合器中的濾光器組和反射鏡組與快門配 合分時的分離出Stocks光與反Stocks光；
步驟四，被分離出來的Stocks與反Stocks光傳送到光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號， 電信號被放大器放大后由數(shù)據(jù)采集器來進行數(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)被送給計算機顯示溫度曲線。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述步驟三包括反Stocks濾光鏡透過反Stocks光而反射其 他光信號；Stocks濾光鏡透過Stocks光而反射其他光信號；Stocks光經(jīng)過反Stocks濾光鏡的 反射和Stocks濾光鏡的過濾及反光鏡，被由數(shù)據(jù)采集器控制的快門按一定頻率截斷，再經(jīng)過 反光鏡和反Stocks濾光鏡的反射后，進入光電探測器。
本發(fā)明公開了用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置及其使 用方法，其與傳統(tǒng)的光纖測溫傳感裝置相比本發(fā)明有如下優(yōu)點和積極效果
1、 該裝置沒有帶寬限制和偏離差異，提高了測量精度
2、 減少了器件，降低設(shè)備成本；
3、 儀器工作穩(wěn)定性好，減少了需處理的數(shù)據(jù)。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明工作原理流程圖； 圖3為本發(fā)明Stocks與反Stocks分時耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對技術(shù)方案的實施作進一步的詳細(xì)描述
本發(fā)明涉及用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置及其使用方 法，它主要包括激光器3，激光器3的輸入端與激光驅(qū)動器2的輸出端連接，激光驅(qū)動器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16的輸出端連接， 激光器3的輸出端與Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置4的輸入端連接，Stocks與反Stocks 分時濾光耦合裝置4的輸出端與光電探測器6的輸入端連接，光電探測器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Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置4由反Stocks 濾光鏡9、 Stocks濾光鏡10、 4個反光鏡11和快門12構(gòu)成；其中，反Stocks濾光鏡9透過反 Stocks光14而反射其他光信號；Stocks濾光鏡10透過Stocks光15而反射其他光信號。Stocks 光15經(jīng)過反Stocks濾光鏡9的反射和Stocks濾光鏡10的過濾及2個反光鏡11,被由數(shù)據(jù)采 集器8控制的快門按一定頻率截斷，再經(jīng)過2個反光鏡ll和反Stocks濾光鏡9的反射后，進 入光電探測器6。這樣只用一個光電探測器6就分時地把反Stocks光14和由反Stocks光14 與Stocks光15的組成混合光轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的電信號。
本發(fā)明用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置包括激光器，它 的控制端與激光驅(qū)動器連接；激光器的激光13在反Stocks透鏡9和Stocks透鏡10的反射 后射入傳感光纖5中，它產(chǎn)生的后向散射信號被Stocks和Stocks分時耦合器分離出來傳入 探測器和放大器，射入到數(shù)據(jù)采集器；計算機連接數(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)..同步控制器的同步信號輸出端分別于激光驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集器連 接，向它們發(fā)送同步信號使其同步工作。本發(fā)明該裝置沒有帶寬限制和偏離差異，提高了測 量精度；減少了器件，降低設(shè)備成本；儀器工作穩(wěn)定性好，減少了需處理的數(shù)據(jù)。
其中計算機17是外圍設(shè)備，其他設(shè)備是封閉在一個箱體內(nèi)，計算機通過數(shù)據(jù)通訊接口和 數(shù)據(jù)處理器進行通訊讀取內(nèi)部數(shù)據(jù)，并顯示在計算機上。
在具體實施時，所述的同步控制器1是采用德州儀器公司的CDCE913同步時鐘電路模塊
實現(xiàn)的；
在具體實施時，所述的激光驅(qū)動器2是采用高速電路制作的電流驅(qū)動器，可以很好地驅(qū) 動激光器發(fā)射激光;
在具體實施時，所述的激光器3是半導(dǎo)體激光器，可根據(jù)激光驅(qū)動的驅(qū)動電流來發(fā)射激
光；
在具體實施時，所述的傳感光纖5是采用62.5/125Wn多模光纖加低煙無卣外護套，帶寬 范圍為》400MHZ鵬50nm、》1000MHZ@1300nm，衰減范圍為《3. 0dB@850nm、《0. 8dB@1300nm;
在具體實施時，所述的光電探測器6采用高靈敏度APD雪崩二極管來探測激光，將光信 號轉(zhuǎn)換電信號；
在具體實施時，所述的放大器7是采用德州儀器公司的OPA365型高性能的運算大器； 在具體實施時，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，運行速度 為100Mb/s;
在具體實施時，所述的數(shù)據(jù)處理器16是采用ALTERA公司的告訴FPGA來實現(xiàn)的； 在具體實施時，所述的計算機17是通用的工業(yè)級計算機。
如圖1、圖2所示，當(dāng)計算機17發(fā)送溫度監(jiān)測命令給數(shù)據(jù)處理器16時，數(shù)據(jù)處理器16 驅(qū)動同步控制器1發(fā)出同步脈沖控制激光驅(qū)動器2和數(shù)據(jù)采集器8同步工作；激光驅(qū)動器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會發(fā)生后向喇漫散射，后向散射回來的激光信號被耦合器4分離一 路出來送往產(chǎn)生的后向散射信號被Stocks和Stocks分時耦合器分離出來傳入探測器和放大 器，射入到數(shù)據(jù)采集器；計算機連接數(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)；同步控制器的同步信號輸出端分別于激光驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集器連接，向它們發(fā) 送同步信號使其同步工作。本發(fā)明該裝置沒有帶寬限制和偏離差異，提高了測量精度；減少 了器件，降低設(shè)備成本；儀器工作穩(wěn)定性好，減少了需處理的數(shù)據(jù)；最后經(jīng)FPGA高速數(shù)據(jù)處 理器處理過的數(shù)據(jù)被送給計算機顯示溫度曲線。
以上實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)明的專利申請范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的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)動器的輸出端連接，激光驅(qū)動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，激光器的輸出端與Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置的輸入端連接，Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置的輸出端與光電探測器的輸入端連接，光電探測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)處理器的一輸入端連接，其特征在于所述Stocks與反Stocks分時濾光耦合裝置由反Stocks濾光鏡、Stocks濾光鏡、若干反光鏡和快門構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1所述的用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝 置，其特征在于所述反光鏡為3—6個，所述快門在一組反光鏡之間。
3. 用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置的使用方法，其特 征在于，該方法包括以下步驟步驟一，計算機發(fā)送溫度監(jiān)測命令給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器立刻驅(qū)動同步控制器發(fā)出 同步脈沖控制激光驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集器同步工作；步驟二，激光驅(qū)動器接到同步控制器發(fā)來的同步脈沖后就開始驅(qū)動激光器工作，向光纖 中連續(xù)不斷地發(fā)送激光；步驟三，激光在光纖中傳輸時會發(fā)生后向喇漫散射，后向散射回來的激光信號進入Stocks 與反Stocks分時耦合器，被Stocks與反Stocks分時耦合器中的濾光器組和反射鏡組與快門配 合分時的分離出Stocks光與反Stocks光；步驟四，被分離出來的Stocks與反Stocks光傳送到光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號被放大器放大后由數(shù)據(jù)采集器來進行數(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)被送給計算機顯示溫度曲線。
4. 如權(quán)利要求3所述的用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置的使用方法，其特征在于，該方法包括以下步驟所述歩驟三包括反Stocks濾光鏡透過反 Stocks光而反射其他光信號；Stocks濾光鏡透過Stocks光而反射其他光信號；Stocks光經(jīng)過反 Stocks濾光鏡的反射和Stocks濾光鏡的過濾及反光鏡，被由數(shù)據(jù)采集器控制的快門按一定頻 率截斷，再經(jīng)過反光鏡和反Stocks濾光鏡的反射后，進入光電探測器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用同一電路檢測Stocks和反Stocks光的分布式光纖溫度傳感裝置，其包括激光器，控制端與激光驅(qū)動器連接；激光器的激光13在反Stocks透鏡9和Stocks透鏡10的反射后射入傳感光纖5中，它產(chǎn)生的后向散射信號被Stocks和Stocks分時耦合器分離出來傳入探測器和放大器，射入到數(shù)據(jù)采集器；計算機連接數(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)；同步控制器的同步信號輸出端分別于激光驅(qū)動器和數(shù)據(jù)采集器連接，向它們發(fā)送同步信號使其同步工作。本裝置沒有帶寬限制和偏離差異，提高了測量精度。
文檔編號G01K11/00GK101387561SQ20081020072
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者仝芳軒, 亮 劉, 周正仙 申請人:上海華魏自動化設(shè)備有限公司