本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種分布式光纖溫度傳感器及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，會產(chǎn)生瑞麗散射、布里淵散射和拉曼散射。其中，拉曼散射是由于光纖中分子的熱運(yùn)動與光子相互作用發(fā)生能量交換而產(chǎn)生的。因此，通常利用光傳播的拉曼散射效應(yīng)來測定溫度。

但是，由于拉曼散射信號的信噪比較低，致使現(xiàn)有的光纖溫度傳感器抗干擾能力較差，在信號檢測精度、信號處理能力等方面均達(dá)不到要求，所測量的溫度精度較低，誤差大，不能準(zhǔn)確定位溫度異常的位置，不能廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、油罐、海底隧道等對溫度監(jiān)測要求較高且不易獲得溫度數(shù)據(jù)的場所。

因此，如何提供一種抗干擾能力強(qiáng)的光纖溫度傳感器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種分布式光纖溫度傳感器，通過調(diào)制和解調(diào)，以及解調(diào)后的濾波處理，提高了散射信號的抗干擾能力，提高了光纖溫度傳感器的測量精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種分布式光纖溫度傳感器，包括：光源發(fā)射器、調(diào)制器、放大器、載波發(fā)生器、耦合器、解調(diào)器、濾波器、分光器、兩個光電探測器、控制模塊和數(shù)據(jù)分析模塊；

所述控制模塊控制所述光源發(fā)射器產(chǎn)生脈沖光信號，且所述控制模塊控制所述載波發(fā)生器產(chǎn)生本地載波信號；所述載波發(fā)生器將本地載波信號分別發(fā)送給所述調(diào)制器和所述解調(diào)器；脈沖光信號和本地載波信號在調(diào)制器的調(diào)制下得到調(diào)制光信號，所述放大器對所述調(diào)制光信號進(jìn)行放大處理，并經(jīng)過所述耦合器耦合后發(fā)送至傳感光纖，將經(jīng)過傳感光纖散射回的信號通過所述耦合器發(fā)送給所述解調(diào)器，所述解調(diào)器將解調(diào)出的信號發(fā)送給所述濾波器進(jìn)行濾波，所述濾波器將濾波后的信號發(fā)送給所述分光器，所述分光器分解出斯托克斯光信號和反斯托克斯光信號，并分別傳送至所述光電探測器；所述光電探測器分別將斯托克斯光信號和反斯托克斯光信號轉(zhuǎn)換成斯托克斯電信號和反斯托克斯電信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊斯托克斯電信號和反斯托克斯電信號進(jìn)行處理，得到感測到的溫度值。

可選的，所述放大器包括：EDFA摻鉺光纖放大器。

可選的，還包括：顯示模塊；所述顯示模塊對所述溫度值進(jìn)行顯示。

一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)，包括：上述的分布式光纖溫度傳感器，與所述分布式光纖溫度傳感器相連的傳感光纖，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與所述分布式光纖溫度傳感器相連的服務(wù)器，與所述服務(wù)器相連的至少一個監(jiān)控終端；

所述分布式光纖溫度傳感器通過傳感光纖對環(huán)境的溫度進(jìn)行測量，并將測量到的溫度值通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至所述服務(wù)器，所述監(jiān)控終端通過所述服務(wù)器監(jiān)測環(huán)境的溫度值。

可選的，還包括：與所述分布式光纖溫度傳感器相連的報(bào)警裝置；所述報(bào)警裝置在所述溫度值達(dá)到預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，并通過有線或者無線方式將報(bào)警信號經(jīng)所述服務(wù)器發(fā)送至所述監(jiān)控終端。

可選的，還包括：設(shè)置于所述耦合器和所述傳感光纖之間的恒溫槽；所述恒溫槽在測定環(huán)境溫度之前標(biāo)定所述分布式光纖溫度傳感器。

可選的，還包括：通過有線或無線方式與所述監(jiān)控終端相連的現(xiàn)場手動報(bào)警裝置；所述現(xiàn)場手動報(bào)警裝置在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過人為手動的觸發(fā)來向所述監(jiān)控終端發(fā)出報(bào)警信號。

可選的，所述分布式光纖溫度傳感器包括底座和位于所述底座上的顯示屏；其中設(shè)置在所述底座上的通信接口、電源接口、指示燈；所述顯示屏通過電性方式與所述顯示模塊的輸出端進(jìn)行連接，所述電源接口接入220V/50Hz的電源；所述光源發(fā)射器、所述調(diào)制器、所述放大器、所述耦合器、所述解調(diào)器、所述濾波器、所述分光器、所述兩個光電探測器、所述數(shù)據(jù)分析模塊、所述控制模塊、所述載波發(fā)生器均設(shè)置在所述底座的內(nèi)部。

可選的，在所述分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)中至少設(shè)置有一個所述分布式光纖溫度傳感器。

可選的，接收所述報(bào)警裝置信號的降溫裝置以及消防聯(lián)動主機(jī)，與所述消防聯(lián)動主機(jī)進(jìn)行信號傳輸?shù)南廊藛T移動終端。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供的分布式光纖溫度傳感器首先將光信號通過調(diào)制和解調(diào)，以及解調(diào)后的濾波處理，提高了散射信號的抗干擾能力和穩(wěn)定性，提高了光纖溫度傳感器的測量精度；其次在分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)中，增加恒溫槽來標(biāo)定分布式光纖溫度傳感器，進(jìn)一步提高了分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的測量精確度；最后本發(fā)明在分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)中設(shè)置的報(bào)警裝置，接收報(bào)警信號的降溫裝置、消防聯(lián)動裝置，通過網(wǎng)絡(luò)與消防聯(lián)動主機(jī)進(jìn)行通信的消防人員移動終端，不僅提高了系統(tǒng)的安全性，而且保障了設(shè)備的安全，同時(shí)便于消防人員及時(shí)采取緊急救護(hù)措施，極大地降低了溫度異常的影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種分布式光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的又一種分布式光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的另一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的又一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明名提供的一種分布式光纖溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明提供的一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。

在圖6中：

802為底座、803為顯示屏、8020為通信接口、8021為電源接口、8022為指示燈。

在圖7中：

801為分布式光纖溫度傳感器、802為服務(wù)器、803為監(jiān)控終端、804為報(bào)警裝置、810為降溫裝置、820為消防聯(lián)動主機(jī)、830為消防人員移動終端。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種分布式光纖溫度傳感器，本發(fā)明公開提供的分布式光纖溫度傳感器將光信號通過調(diào)制和解調(diào)，以及解調(diào)后的濾波處理，提高了散射信號的抗干擾能力和穩(wěn)定性，提高了光纖溫度傳感器的測量精度。

如附圖1所示的一種分布式光纖溫度傳感器，包括：光源發(fā)射器1、調(diào)制器2、放大器3、耦合器4、解調(diào)器5、濾波器6、分光器7、兩個光電探測器8、數(shù)據(jù)分析模塊9、控制模塊10和載波發(fā)生器11；

控制模塊10控制光源發(fā)射器1產(chǎn)生脈沖光信號，且控制模塊10控制載波發(fā)生器11產(chǎn)生本地載波信號；載波發(fā)生器11分別將本地載波信號發(fā)送給調(diào)制器2和解調(diào)器5；脈沖光信號和本地載波信號在調(diào)制器2的調(diào)制下得到調(diào)制光信號，放大器3對調(diào)制光信號進(jìn)行放大處理，并經(jīng)過耦合器4耦合后發(fā)送至傳感光纖，將經(jīng)過傳感光纖散射回的信號通過耦合器4發(fā)送給解調(diào)器5，所述解調(diào)器5將解調(diào)出的信號發(fā)送給所述濾波器6進(jìn)行濾波，所述濾波器6將濾波后的信號發(fā)送給所述分光器7，分光器7分光器7分解出斯托克斯光信號和反斯托克斯光信號，并分別傳送至光電探測器8；光電探測器8分別將斯托克斯光信號和反斯托克斯光信號轉(zhuǎn)換成斯托克斯電信號和反斯托克斯電信號，并發(fā)送給數(shù)據(jù)分析模塊9，數(shù)據(jù)分析模塊9根據(jù)斯托克斯電信號和反斯托克斯電信號進(jìn)行處理，得到感測到的溫度值。

散射回的信號中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其中，斯托克斯光的光強(qiáng)與溫度無關(guān)，反斯托克斯光的光強(qiáng)是隨著溫度的變換而變化的。反斯托克斯光強(qiáng)$\[ I_{\mathrm{as}} \]$和斯托克斯光強(qiáng)$\[ I_s \]$之比與溫度的關(guān)系可以表示為：$\[ \frac{I_{\mathrm{as}}}{I_s}=a\•e^{\−\frac{\mathrm{hc}{v}_0}{\mathrm{kT}}} \]$

其中，$\[ a \]$為與溫度相關(guān)的系數(shù)，$\[ h \]$為普朗克常數(shù)，$\[ c \]$為真空光速，$\[ v_0 \]$為入射光頻率，$\[ k \]$為玻爾茲曼常數(shù)，$\[ T \]$為絕對溫度。根據(jù)上述關(guān)系能夠計(jì)算出溫度值。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，放大器3包括：EDFA摻鉺光纖放大器。

EDFA的英文全稱是Erbium-doped Optical Fiber Amplifier。

如附圖2所示，為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，還包括：顯示模塊12；顯示模塊12對溫度值進(jìn)行顯示。

通過顯示模塊對感測到的溫度進(jìn)行顯示，更加直觀。

如附圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)，包括：上述的分布式光纖溫度傳感器801、與分布式光纖溫度傳感器801相連的傳感光纖，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與分布式光纖溫度傳感器801相連的服務(wù)器802，與服務(wù)器802相連的至少一個監(jiān)控終端803；

分布式光纖溫度傳感器通過傳感光纖對環(huán)境的溫度進(jìn)行測量，并將測量到的溫度值通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器，監(jiān)控終端通過服務(wù)器監(jiān)測環(huán)境的溫度值。

如附圖4所示，為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，還包括：與分布式光纖溫度傳感器801相連的報(bào)警裝置804；報(bào)警裝置804在溫度值達(dá)到預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，并通過有線或者無線方式將報(bào)警信號經(jīng)所述服務(wù)器發(fā)送至監(jiān)控終端803。

當(dāng)感知到的溫度超過預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，說明探測的環(huán)境溫度已經(jīng)超過了安全值，存在著潛在的風(fēng)險(xiǎn)，通過報(bào)警裝置能夠?qū)Τ^預(yù)設(shè)溫度值的情況進(jìn)行報(bào)警，例如可以采用聲光電報(bào)警方式。可以應(yīng)用到火災(zāi)檢測或者其他需要進(jìn)行溫度探測的場景。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，還包括：設(shè)置于分布式光纖溫度傳感器801和傳感光纖之間的恒溫槽805；恒溫槽805在測定環(huán)境溫度之前標(biāo)定分布式光纖溫度傳感器801。

在分布式光纖溫度傳感器和傳感光纖之間加上恒溫槽，能夠?qū)Ψ植际焦饫w溫度傳感器進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，進(jìn)一步提高系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，還包括：通過有線或無線方式與監(jiān)控終端803相連的現(xiàn)場手動報(bào)警裝置；現(xiàn)場手動報(bào)警裝置在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過人為手動的觸發(fā)來向監(jiān)控終端發(fā)出報(bào)警信號。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案， 分布式光纖溫度傳感器801包括底座802和顯示屏803；其中設(shè)置在底座802上的通信接口8020、電源接口8021、指示燈8022；顯示屏803通過電性方式與顯示模塊12的輸出端進(jìn)行連接，電源接口8021接入220V/50Hz的電源；光源發(fā)射器1、調(diào)制器2、放大器3、耦合器4、解調(diào)器5、濾波器6、分光器7、兩個光電探測器8、數(shù)據(jù)分析模塊9、控制模塊10和載波發(fā)生器11均設(shè)置在底座802的內(nèi)部。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)中至少設(shè)置有一個分布式光纖溫度傳感器801。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，接收報(bào)警裝置804信號的降溫裝置810以及消防聯(lián)動主機(jī)820，與消防聯(lián)動主機(jī)820進(jìn)行信號傳輸?shù)南廊藛T移動終端830。

降溫裝置810根據(jù)電力系統(tǒng)、油罐、海底隧道的規(guī)模設(shè)置多個，主要包括噴淋降溫裝置、干冰降溫裝置，并且上述場所大多同時(shí)設(shè)置噴淋降溫裝置和干冰降溫裝置。

報(bào)警裝置通過有線或無線方式向消防聯(lián)動主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，消防聯(lián)動主機(jī)通過短信、郵件以及其他消息的形式將報(bào)警信息發(fā)送至消防人員移動終端；其中消防人員移動終端有多個，通過無線方式接收消防聯(lián)動主機(jī)的通知。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。