專利名稱：用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)，特別是對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中 的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)及日常生活中，經(jīng)常會有許多場合需要探測長距離沿線每點的溫度，比如 長距離的電纜溫度監(jiān)控或油氣管道監(jiān)控等。在類似的應(yīng)用下，基于光纖喇曼散射的分布式 溫度傳感系統(tǒng)(Distributed TemperatureSensor，簡稱DTS)是最佳的選擇。在DTS中，一個或一系列激光脈沖入射進光纖內(nèi)，此激光脈沖在光纖內(nèi)傳播過過 程中，在光纖沿線的每一點都會產(chǎn)生喇曼散射現(xiàn)象。產(chǎn)生的喇曼散射光中，有一部分沿激光 脈沖前進的方向傳播，被稱為前向散射光；有一部分被光纖重新捕獲并沿激光傳播相反的 方向返回，此部分喇曼散射光被稱為背向散射光。在散射光中，光波長大于入射激光脈沖波 長的成分被稱為斯托克斯光(Stokes，S)；波長小于入射激光脈沖波長的成分被稱為反斯 托克斯光(Anti-Stokes，AS)。這兩種信號即喇曼斯托克斯和喇曼反斯托克斯是對當(dāng)前散 射產(chǎn)生點的溫度敏感的。因此可以通過探測這兩個信號的大小計算出當(dāng)前點的溫度數(shù)據(jù)， 并且通過計算背向散射信號與入射光脈沖之間的時間差，就可以通過背向散射信號在光纖 中傳播的速度推算出此溫度數(shù)據(jù)是對應(yīng)于光纖中的哪一點。由于石英光纖中光波的折射率隨波長的變化而變化，從而引起不同波長光波的相 速度不同。斯托克斯s光波的波長比反斯托克斯AS光波的波長較大，其折射率較小，從而 其相速度比AS較大。如果沒有對兩種信號相速度的差異進行補償或者成為校準(zhǔn)的話，同一 個位置的AS信號返回探測器的時間要較S信號晚，隨著光纖長度的增加，S和AS信號的不 一致現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，這樣會造成系統(tǒng)定位精度的降低。通常對于這種現(xiàn)象是通過對時域上采樣點間隔設(shè)定為不同采樣長度進行補償或 者校準(zhǔn)的。在這種校準(zhǔn)的機制或者系統(tǒng)中，一般是通過光纖尾端光信號的跳變衰減進行S 信號和AS信號的對齊從而實現(xiàn)這兩個信號相速度不一致的補償。但在實際的應(yīng)用中，經(jīng)常會有一些現(xiàn)象導(dǎo)致上述機制無法有效正常工作。其中一 種現(xiàn)象就是光線尾端的反射，在光纖尾端如果沒有特殊處理或者處理不好會導(dǎo)致比較大的 反射脈沖峰，通常這樣一個脈沖會比較寬以至于無法分辨光纖真正的尾端位置，從而對影 響S和AS信號的對齊。另外，如果探測的距離小于光纖本身的長度的話，光纖尾端是不可 見的，在這種情況下也無法通過上述方法進行原始信號數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。如果實際光纖比較長 的話，由于光信號在光纖中的衰減，在光纖尾端的信號比較小，甚至于同光纖外部沒有散射 信號的情況相比都沒有比較明顯的差別，在這種情況下，無法判斷真正的尾端位置，也無法 對S和AS信號進行對齊校準(zhǔn)。在一些場合需要DTS的雙端測量，雙端測量同傳統(tǒng)單端測量的不同是他將探測光 纖的兩端都連接到DTS上，從探測光纖的兩端都獲取分布式溫度數(shù)據(jù)，然后通過特定的算 法，將在兩端獲得的溫度數(shù)據(jù)集成為一條分布式溫度數(shù)據(jù)。在雙端測量的時候長度校準(zhǔn)也
3是非常必要的，如果缺少了精確的長度校準(zhǔn)，分布式溫度數(shù)據(jù)會在位置定位及溫度數(shù)據(jù)兩 個維度都存在誤差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中方法的不足，提供一種對分布式光纖 溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的方法和裝置，其用于自動和/或精確對齊和校準(zhǔn)DTS系 統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。本實用新型的基于原始數(shù)據(jù)上標(biāo)記的方法和裝置可以提供更精 確的校準(zhǔn)及配置結(jié)果，可以提高DTS系統(tǒng)的定位精度及空間分辨率，并且提高系統(tǒng)的整體 性能。為了達到上述實用新型目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種用于分布式光纖測溫系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的方法，其特征在于，該方法利用DTS 自身或附加的激光器所來產(chǎn)生一種校準(zhǔn)用光脈沖，此校準(zhǔn)用光脈沖被分布式光纖測溫系統(tǒng) 接收后，在其原始數(shù)據(jù)上疊加一種可以用于DTS精確定位的定位脈沖，通過對原始數(shù)據(jù)中 斯托克斯和反斯托克斯信號上的定位脈沖進行對齊操作，以對DTS原始數(shù)據(jù)中的采樣長度 進行校準(zhǔn)。在本實用新型中，所述的校準(zhǔn)用光脈沖為DTS自身或另一附加的激光器產(chǎn)生的激 光脈沖和/或在光纖中產(chǎn)生的喇曼散射成分。在本實用新型中，所述的對齊操作包括有判斷原始數(shù)據(jù)中的斯托克斯和反斯托 克斯成分上疊加的定位脈沖各自所在的位置；根據(jù)兩個脈沖位置的差異來重新對原始數(shù)據(jù) 中兩種信號進行長度的重新標(biāo)定使兩種信號定位脈沖在位置上對齊。上述用于分布式光纖測溫系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的方法具體包括如下步驟第一步、DTS中同時接收來自光纖中的原始數(shù)據(jù)，該原始數(shù)據(jù)中包含有斯托克斯信 號和反斯托克斯信號，每個信號數(shù)據(jù)中均含有一個定位脈沖；第二步、以DTS中設(shè)定的初始值來分別計算斯托克斯信號和反斯托克斯信號中對 應(yīng)脈沖在光纖中所處的位置；第三步、對原始數(shù)據(jù)的兩種信號進行長度的重新標(biāo)定，直至該兩個脈沖對齊，完成 分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的采樣長度數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。所述第一步中的光纖為應(yīng)用分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)進行溫度測量的那根光纖， 校準(zhǔn)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的采樣長度數(shù)據(jù)以應(yīng)用于該根光纖的溫度分布式測量。作為一種實現(xiàn)上述方法的方案，該裝置包括有發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度 傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述的 探測光纖首端和尾端均直接或通過附加光纖連接至所述的光學(xué)組件。作為另一種設(shè)計方案，該用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置包括有 發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接 光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述探測光纖的首端連接至所述的光學(xué)組件，一臺附加激光器 用與待測光纖相同的光纖連接至光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，該附加激光器與分布式光纖溫 度傳感器主機的發(fā)射器具有同步機制。上述的附加激光器和光學(xué)組件之間設(shè)有衰減器。上述的光學(xué)組件為一個光開關(guān)或者耦合器。[0022]基于上述技術(shù)方案，本實用新型具有如下技術(shù)效果本實用新型的基于原始數(shù)據(jù)上標(biāo)記的方法可以提供更精確的校準(zhǔn)及配置結(jié)果，從 而提高DTS系統(tǒng)的定位精度及空間分辨率，并且提高系統(tǒng)的整體性能。

圖1是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的方法的流程 示意圖。圖2是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖。圖3是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置中實施 例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置中實施 例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置中實施 例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置中原始 數(shù)據(jù)在示波器上顯示的視圖。圖7是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的裝置中雙端 測量時原始數(shù)據(jù)在示波器上顯示的視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體的實施例來對本實用新型的復(fù)合光纖的高壓電力電纜做進 一步的詳細描述，但不能因此而限制本實用新型的保護范圍。本實用新型用于分布式光纖測溫系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的方法是利用DTS自身或附 加的激光器所來產(chǎn)生一種校準(zhǔn)用光脈沖，此校準(zhǔn)用光脈沖被分布式光纖測溫系統(tǒng)接收后， 在其原始數(shù)據(jù)上疊加一種可以用于DTS精確定位的定位脈沖，通過對原始數(shù)據(jù)中斯托克斯 和反斯托克斯信號上的定位脈沖進行對齊操作，以對DTS原始數(shù)據(jù)中的采樣長度進行校 準(zhǔn)。在本實用新型中，所述的校準(zhǔn)用光脈沖為DTS自身或另一附加的激光器產(chǎn)生的激 光脈沖和/或在光纖中產(chǎn)生的喇曼散射成分。在本實用新型中，所述的對齊操作包括有判斷原始數(shù)據(jù)中的斯托克斯和反斯托 克斯成分上疊加的定位脈沖各自所在的位置；根據(jù)兩個脈沖位置的差異來重新對原始數(shù)據(jù) 中兩種信號進行長度的重新標(biāo)定使兩種信號定位脈沖在位置上對齊。圖1是本實用新型對分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)的方法的流程 示意圖。由圖可知，本實用新型用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的方法，該方法包 括如下步驟第一步、DTS中同時接收來自光纖中的原始數(shù)據(jù)，該原始數(shù)據(jù)中包含有斯托克斯信 號和反斯托克斯信號，每個信號數(shù)據(jù)中均含有一個定位脈沖；第二步、以DTS中設(shè)定的初始值來分別計算斯托克斯信號和反斯托克斯信號中對
5應(yīng)脈沖在光纖中所處的位置，該初始值一般為采樣長度的初始值；第三步、對原始數(shù)據(jù)的兩種信號進行長度的重新標(biāo)定，直至該兩個脈沖對齊，完成 分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的采樣長度數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。所述第一步中的光纖為應(yīng)用分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)進行溫度測量的那根光纖， 校準(zhǔn)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的采樣長度數(shù)據(jù)以應(yīng)用于該光纖的溫度分布式測量。所述第一步中的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)接收的原始數(shù)據(jù)包括有前向散射信號 和背向散射信號，前向散射信號中包括有斯托克斯信號和反斯托克斯信號，背向散射信號 中也包括有斯托克斯信號和反斯托克斯信號。以下為采用了上述方法的校準(zhǔn)裝置的幾個結(jié)構(gòu)實施例，下面詳細闡述本實用新型用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，該裝置設(shè)有包括有 發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接 光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述的探測光纖首端和尾端均連接至所述的光學(xué)組件。上述包含有發(fā)射器、接收器的DTS主機1發(fā)射激光脈沖并入射到光學(xué)組件2中，從 端口出射的激光脈沖沿光纖3傳播，在光纖3傳播的過程中，激光脈沖所產(chǎn)生的背向散射信 號經(jīng)由光學(xué)組件2返回到DTS主機1，并被DTS主機1內(nèi)部的接收器所接收探測，經(jīng)過數(shù)據(jù) 處理后成為DTS系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)。激光脈沖在光纖3傳播的同時也產(chǎn)生前向的散射信號， 前向散射信號及激光脈沖本身通過光纖3的遠端4入射到光學(xué)組件2中。激光脈沖在光纖3中傳播的時候產(chǎn)生的背向散射信號包含有S、AS及瑞利散射信 號，同樣產(chǎn)生的前向散射信號也包含S、AS及瑞利散射信號，兩兩對應(yīng)的背向及前向散射光 波波長相同并且在光纖中傳播的速度相同。由于背向散射信號所產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)最遠端 為激光脈沖傳輸?shù)焦饫w遠端所產(chǎn)生的背向散射光信號返回DTS1內(nèi)部，所經(jīng)過的光學(xué)路程 為兩倍的光纖長度；而對應(yīng)的激光脈沖及前向散射信號經(jīng)由光纖3的遠端4和光學(xué)組件2 被DTS1接收探測，并在DTS系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)上顯示為一個脈沖，其經(jīng)過的光學(xué)路程為光纖 3的長度，正好為原始數(shù)據(jù)長度的一半，所以前向傳輸信號形成的脈沖在DTS原始數(shù)據(jù)的中 點位置。根據(jù)實際應(yīng)用的不同需求，本DTS系統(tǒng)中的光纖可以采用單模光纖或者多模光纖 或其他非標(biāo)準(zhǔn)特殊光纖。實施例1在某些實際的應(yīng)用場合中，無法把探測光纖的遠端通過光學(xué)組件重新連接到DTS 上，這樣我們可以通過一個附加的脈沖激光器來實現(xiàn)同樣的功能。圖2就是對應(yīng)此種情況 的一個實施例。探測光纖的遠端9由于現(xiàn)場情況無法連接回光學(xué)組件10上，因此我們引入 了一個附加的激光器7，此附加激光器7同光纖8 一起可以產(chǎn)生同樣作用的前向傳輸脈沖。 在實施例中，附加激光器7同DTS5必須要通過同步機制6進行同步以產(chǎn)生同時的激光脈 沖；光纖8必須是同探測光纖3同類型的光纖并且長度要足夠長以使得前向傳輸?shù)拿}沖附 加在原始數(shù)據(jù)上；附加脈沖激光器在連接到光學(xué)組件10之間可以附加衰減器以防止DTS接 受的數(shù)據(jù)飽和。實施例2圖3為本實用新型的另一實施例，由于DTS本身的原始光學(xué)信號即背向喇曼散射 信號較小，因此如果直接將前向傳輸?shù)募す饷}沖入射到光學(xué)組件內(nèi)，可能會造成DTS原始數(shù)據(jù)的飽和，為了防止DTS數(shù)據(jù)的飽和，可以在前向傳輸脈沖入射到光學(xué)組件之前通過一 個衰減器將其強度衰減，達到同背向散射光信號同等量級的水平，從而防止DTS原始信號 的飽和。實施例3附圖4為本實用新型使用光開關(guān)作為光學(xué)組件的一個實施例。在DTS的實際應(yīng) 用中，經(jīng)常會用到光開關(guān)起到多通道擴展的作用。同時具有多通道的光開關(guān)可以作為本實 用新型中的光學(xué)組件使用。如圖4，光開關(guān)的出射激光脈沖入射到探測光纖內(nèi)，產(chǎn)生背向散 射信號作為DTS的原始信號，同時前向傳輸?shù)募す饷}沖及前向散射信號通過光纖又入射到 光開關(guān)的另一個通道內(nèi)，由于光開關(guān)本身有一定的通道隔離度，因此前向傳輸?shù)男盘栐贒TS 的原始數(shù)據(jù)上產(chǎn)生一個脈沖標(biāo)記。本實施例也可以在前向傳輸信號入射到光開關(guān)之間附加 衰減器以保證DTS信號不被飽和。圖5為本實用新型的DTS原始數(shù)據(jù)的圖示。DTS的原始數(shù)據(jù)包括斯托克斯信號11 和反斯托克斯信號12兩種，他們分別對應(yīng)探測光纖不同位置的散射。前向傳輸?shù)男盘栐谒?們上面分別產(chǎn)生的脈沖標(biāo)記為13、14。如果是探測光纖遠端通過某種光學(xué)組件接回DTS情 況，此脈沖標(biāo)記會出現(xiàn)在DTS原始數(shù)據(jù)的中點位置。我們可以通過幅度的大小確定脈沖的 位置并從而重新標(biāo)記或者校準(zhǔn)兩種原始數(shù)據(jù)以使得他們進行匹配，達到獲取精確溫度數(shù)據(jù) 及定位數(shù)據(jù)的目的。圖6為本實用新型在雙端測量中應(yīng)用的原始數(shù)據(jù)圖示。在雙端測量的情況下，原 始數(shù)據(jù)從探測光纖的兩端獲取，同樣也可以通過脈沖標(biāo)記的方法對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)記或校 準(zhǔn)。原始數(shù)據(jù)12為探測光纖一端的數(shù)據(jù)，13為從另一端獲取到的原始數(shù)據(jù)。在通常情況 下，探測光纖的精確長度是未知的。我們可以用同樣的方法對脈沖標(biāo)記進行手動或者自動 對齊來實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的精確校準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，其特征在于，該裝置包括有發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述的探測光纖首端和尾端均直接或通過附加光纖連接至所述的光學(xué)組件。
2.一種用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，其特征在于，該裝置包括有 發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接 光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述探測光纖的首端連接至所述的光學(xué)組件，一臺附加激光器 用與待測光纖相同的光纖連接至光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，該附加激光器與分布式光纖溫 度傳感器主機的發(fā)射器具有同步機制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，其特 征在于，所述的待測光纖上接近光學(xué)組件的一端設(shè)有衰減器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，其特 征在于，所述的光學(xué)組件為一個光開關(guān)或耦合器。
專利摘要本實用新型涉及一種用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的裝置，探測光纖首端和尾端均連接至光學(xué)組件，并傳輸至DTS中，該裝置包括有發(fā)射器、接收器的分布式光纖溫度傳感器主機、光學(xué)組件以及探測光纖，所述的發(fā)射器連接光學(xué)組件以發(fā)射激光脈沖，所述的探測光纖首端和尾端均直接或通過附加光纖連接至所述的光學(xué)組件。本實用新型的基于原始數(shù)據(jù)上標(biāo)記的方法可以提供更精確的校準(zhǔn)及配置結(jié)果，從而提高DTS系統(tǒng)的定位精度及空間分辨率，并且提高系統(tǒng)的整體性能。
文檔編號G01K11/32GK201628593SQ201020128219
公開日2010年11月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張成先, 李健威 申請人:上海波匯通信科技有限公司