專利名稱：非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖溫度傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的自動校準技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)基于背向散射原理，當(dāng)激光脈沖在光纖傳輸時，光纖中會不斷產(chǎn)生拉曼散射(斯托克斯、反斯托克斯)、瑞利散射及布里淵散射等散射光，其中一部分會反方向傳輸?shù)健霸搭^”，我們稱這部分散射光為“背向散射光”。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)就是采用背向拉曼散射中反斯托克斯作為溫度敏感信號 的一種溫度傳感系統(tǒng)。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)通常由分布式光纖溫度傳感主機和探測光纜組成。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)在出廠前，需要進行計算參數(shù)的標(biāo)定，這種標(biāo)定是以特定探測光纜為對象的。當(dāng)分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)交付客戶使用時，使用的探測光纜可能是不同的，就會導(dǎo)致斯托克斯和反斯托克斯衰減參數(shù)等系數(shù)參數(shù)的改變。為了保證系統(tǒng)測量精度，需要對計算參數(shù)進行補償修正。而分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)所用的探測光纜的工作環(huán)境通常是隧道、煤礦、變電站等野外環(huán)境，探測光纜的溫度隨長度的分布情況難以確定，要像廠家或者實驗室那樣進行光纜的衰減參數(shù)標(biāo)定是不現(xiàn)實的，這在一定程度上影響了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的有效使用，降低了系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)系統(tǒng)。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機和探測光纜，其特征在于所述探測光纜尾端連接一光反射模塊。所述探測光纜尾端設(shè)置一光纖連接器，光纖連接器上連接所述光反射模塊。所述的光反射模塊為具有反射光功能的反射裝置，可以為反射鏡、鍍膜器件、金屬面或者布拉格光柵。所述的反射模塊為耦合式反射裝置，可以為1X2耦合器、2X2耦合器；耦合式反射裝置的一側(cè)端口直接和探測光纜連接或者通過光纖連接器和探測光纜連接，另外一側(cè)的兩個端口通過光波導(dǎo)相連。所述的反射模塊的功能在于可以將探測光纜中的光反射進入探測光纜，反射進入探測光纜的光產(chǎn)生的后向散射光再次通過反射模塊由探測光纜進入分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機進行數(shù)據(jù)處理，最終得到同一段探測光纜的兩組數(shù)據(jù)信息，用以校準探測光纜的衰減參數(shù)。所述的探測光纜鋪設(shè)在隧道、煤礦、變電站等野外環(huán)境，用于測量外界溫度；所述探測光纜尾端設(shè)置一光纖連接器。
當(dāng)探測光纜需要進行自動校準時，可通過光纖連接器將反射模塊連接到探測光纜尾端，并將分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機設(shè)置為自動校準模式。所述的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機內(nèi)包括脈沖光源、波分復(fù)用器、信號接收模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、參考光纖等部件。脈沖光源產(chǎn)生脈沖光，脈沖光在探測光纜的傳輸過程中產(chǎn)生的背向拉曼散射光攜帶有相應(yīng)距離處的溫度信息；波分復(fù)用器用于將背向拉曼散射光從其他背向散射光中過濾出來，并從相應(yīng)的光接口輸送到信號接收模塊；信號接收模塊用以散射光信號的光電轉(zhuǎn)換和放大；信號采集模塊用于將信號接收模塊傳輸過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號以供后續(xù)處理；另外還可以接收脈沖光源發(fā)出的同步脈沖信號對主機內(nèi)其他一些部件進行控制；信號處理模塊用于對接收到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并對相關(guān)模塊進行控制和操 作；參考光纖置于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機內(nèi)部，一端連接波分復(fù)用器，一端連接探測光纜，用于對所述非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)的溫度進行校準。本發(fā)明公開了一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的方法，包括下列步驟第一步，切換分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機進入自動校準模式，調(diào)整脈沖光源重復(fù)頻率，至正常模式下的一半，在保證系統(tǒng)正常工作的前提下，脈沖光源的重復(fù)頻率降低一半，脈沖周期提高了一倍，使得探測光纜的測量長度提高了一倍。由于光反射模塊的存在，對于同一段探測光纜而言，測量長度提高一倍意味著對同一探測光纜進行兩次數(shù)據(jù)采集；同時調(diào)整采集模塊，使其采集長度提高一倍。對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，修正由于接收電路造成的數(shù)據(jù)失真問題；第二步，分別對經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的斯托克斯和反斯托克斯數(shù)據(jù)進行對折相除處理，由于在校準模式下采集到的數(shù)據(jù)實際上是兩次經(jīng)過同一光纜獲得的，為此這里的對折要求個數(shù)據(jù)點應(yīng)該一一對應(yīng)，從而獲得新的兩組數(shù)據(jù)，這兩組數(shù)據(jù)分別與斯托克斯和反斯托克斯衰減參數(shù)有關(guān)，為此構(gòu)成衰減參數(shù)方程一；由于兩次激發(fā)光脈沖信號進入光纜的方向是相反的，所以對稱點位置處的衰減參數(shù)(某位置處的衰減參數(shù)定義為從光纜起始端到該位置的平均衰減參數(shù))實際上也是不同的，但是兩個衰減參數(shù)導(dǎo)致的衰減(衰減因子)之和是一個固定值，等于光纜總的衰減(總衰減因子)，這構(gòu)成衰減參數(shù)方程二。聯(lián)立上述兩方程，可以解出光纜每一位置處的衰減因子。第三步，將獲得的兩組斯托克斯和反斯托克斯的衰減因子數(shù)據(jù)進行相除數(shù)學(xué)處理，就可以獲得現(xiàn)場探測光纜的斯托克斯和反斯托克斯系數(shù)差，即系統(tǒng)衰減參數(shù)。對該衰減參數(shù)進行修正，消除由于探測光纜帶來的損耗差異。第四步，調(diào)整脈沖光源和采集模塊恢復(fù)正常工作模式，將光反射模塊從探測光纜上取下，完成探測光纜衰減參數(shù)的自動校準。采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案的優(yōu)點在于通過在探測光纜的末端連接一反射模塊，并通過控制分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機進行自動校準，從而可以準確獲得探測光纜的衰減參數(shù)，實現(xiàn)在現(xiàn)場對探測光纜進行校準、補償，增加了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的有效使用程度，提高了系統(tǒng)性能。


圖I本發(fā)明實施例I所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明實施例2所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為為反射方式的反射模塊；圖4為耦合方式的反射模塊；圖5為自動校準的程序流程具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的自動校準方法及裝置作出詳細說明。 實施例I :如圖I所示，一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機和探測光纜8，在探測光纜8尾端連接一反射模塊10，本實施例所述的反射模塊10為一反射式反射裝置，可以為反射鏡、鍍膜器件、金屬面或者布拉格光柵，本實施例選用鍍膜器件11。鍍膜器件11可以將探測光纜8尾端的光反射進入探測光纜8，反射進入探測光纜8的光產(chǎn)生的后向散射再次通過反射裝置10由探測光纜8進入分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機，最終得到同一段探測光纜8的兩組數(shù)據(jù)信息，用以校準探測光纜的衰減參數(shù)。所述的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機包括脈沖光源I、波分復(fù)用器2、信號接收模塊3和信號接收模塊4、信號采集模塊5、信號處理模塊6、參考光纖7等部件。脈沖光源I產(chǎn)生脈沖光，脈沖光在探測光纜8的傳輸過程中產(chǎn)生的背向拉曼散射光攜帶有相應(yīng)距離處的溫度信息；波分復(fù)用器2用于將背向拉曼散射光從其他背向散射光中過濾出來，并從相應(yīng)的光接口輸送到信號接收模塊3和信號接收模塊4 ;信號接收模塊3和信號接收模塊4用以對接收到的背向拉曼散射光進行光電轉(zhuǎn)換和放大；信號采集模塊5用于將信號接收模塊3和信號接收模塊4傳輸過來的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號以供后續(xù)處理；信號處理模塊6用于對接收到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，并對相關(guān)模塊進行控制和操作；參考光纖7置于主機內(nèi)部，外連探測光纜，用于對系統(tǒng)的溫度進行校準。非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的方法，如圖5所示，包括下列步驟第一步，切換分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機進入自動校準模式，調(diào)整脈沖光源I重復(fù)頻率，至正常模式下的一半，同時調(diào)整采集模塊5，使其采集長度提高一倍。對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，修正由于接收電路造成的數(shù)據(jù)失真問題；第二步，分別對經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的斯托克斯和反斯托克斯數(shù)據(jù)進行對折相除處理，從而獲得新的兩組數(shù)據(jù)，這兩組數(shù)據(jù)分別與斯托克斯和反斯托克斯衰減參數(shù)有關(guān)，為此構(gòu)成衰減參數(shù)方程一；由于兩次激發(fā)光脈沖信號進入光纜的方向是相反的，所以對稱點位置處的衰減參數(shù)實際上也是不同的，但是兩個衰減參數(shù)導(dǎo)致的衰減之和是一個固定值，等于探測光纜總的衰減，這構(gòu)成衰減參數(shù)方程二，聯(lián)立上述兩方程，可以解出探測光纜每一位置處的衰減因子；第三步，將獲得的兩組斯托克斯和反斯托克斯的衰減因子數(shù)據(jù)進行相除數(shù)學(xué)處理，就可以獲得現(xiàn)場探測光纜的斯托克斯和反斯托克斯系數(shù)差，即系統(tǒng)衰減參數(shù)。對該衰減參數(shù)進行修正，消除由于探測光纜帶來的損耗差異；
第四步，調(diào)整脈沖光源I和采集模塊5恢復(fù)正常工作模式，將光反射模塊從探測光纜上取下，完成探測光纜衰減參數(shù)的自動校準。實施例2 :如圖2所示，一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機和探測光纜8，在探測光纜8的尾端設(shè)置一光纖連接器9，反射模塊10連接在光纖連接器9上，本實施例所述的反射模塊10為一反射式反射裝置，可以為反射鏡、鍍膜器件、金屬面或者布拉格光柵，本實施例選用反射鏡11。反射鏡11可以將探測光纜8尾端的光反射進入探測光纜8，反射進入探測光纜8的光產(chǎn)生的后向散射再次通過反射鏡11由探測光纜8進入分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機，最終得到同一段探測光纜8的兩組數(shù)據(jù)信息，用以校準探測光纜的衰減參數(shù)。探測光纜8鋪設(shè)在隧道、煤礦、變電站等野外環(huán)境，用于測量外界溫度；探測光纜8尾端設(shè)置一光纖連接器9。當(dāng)探測光纜8需要進行自動校準時，可通過光纖連接器9將反射模塊10連接到探測光纜8尾端，并將分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機設(shè)置為自動校準模式。 系統(tǒng)的具體校準原理和步驟同實施例I。實施例3，如圖4所示，所述的反射模塊10為耦合方式的反射模塊，可以為I X 2耦合器、2 X 2耦合器；本實施例選用I X 2耦合器12，I X 2耦合器12的一側(cè)端口直接和探測光纜8連接或者通過光纖連接器和探測光纜連接，另外一側(cè)的兩個端口通過光波導(dǎo)13相連，此處的光波導(dǎo)13可以為光纖、透鏡或者光學(xué)系統(tǒng),本實施例選用光纖。I X 2耦合器12可以將探測光纜8尾端的光反射進入探測光纜8，反射進入探測光纜8的光產(chǎn)生的后向散射再次通過1X2耦合器12由探測光纜8進入分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機，最終得到同一段探測光纜8的兩組數(shù)據(jù)信息，用以校準探測光纜的衰減參數(shù)。系統(tǒng)的具體校準原理和步驟同實施例I。以上顯示和描述本發(fā)明的基本原理和主要特征本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和說明書中描述的只是說本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護本發(fā)明范圍內(nèi)本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，包括分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機和探測光纜，其特征在于所述探測光纜尾端連接一光反射模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述探測光纜尾端設(shè)置一光纖連接器，光纖連接器上連接所述光反射模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非在線型自動 反射裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述的反射裝置可以為反射鏡、鍍膜器件、金屬面或者布拉格光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述的光反射模塊為耦合式反射裝置，可以為1X2耦合器、2X2耦合器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機包括脈沖光源、波分復(fù)用器、信號接收模塊、信號采集模塊、信號處理模塊、參考光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于所述的參考光纖一端連接波分復(fù)用器，一端連接探測光纜。
8.一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，切換分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機進入自動校準模式，調(diào)整脈沖光源重復(fù)頻率，至正常模式下的一半，同時調(diào)整采集模塊，使其采集長度提高一倍。對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，修正由于接收電路造成的數(shù)據(jù)失真問題； 第二步，分別對經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的斯托克斯和反斯托克斯數(shù)據(jù)進行對折相除處理，從而獲得新的兩組數(shù)據(jù)，這兩組數(shù)據(jù)分別與斯托克斯和反斯托克斯衰減參數(shù)有關(guān)，為此構(gòu)成衰減參數(shù)方程一；由于兩次激發(fā)光脈沖信號進入光纜的方向是相反的，所以對稱點位置處的衰減參數(shù)實際上也是不同的，但是兩個衰減參數(shù)導(dǎo)致的衰減之和是一個固定值，等于探測光纜總的衰減，這構(gòu)成衰減參數(shù)方程二，聯(lián)立上述兩方程，可以解出探測光纜每一位置處的衰減因子； 第三步，將獲得的兩組斯托克斯和反斯托克斯的衰減因子數(shù)據(jù)進行相除數(shù)學(xué)處理，就可以獲得現(xiàn)場探測光纜的斯托克斯和反斯托克斯系數(shù)差，即系統(tǒng)衰減參數(shù)。對該衰減參數(shù)進行修正，消除由于探測光纜帶來的損耗差異；第四步，調(diào)整脈沖光源和采集模塊恢復(fù)正常工作模式，將光反射模塊從探測光纜上取下，完成探測光纜衰減參數(shù)的自動校準。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非在線型自動校準探測光纜衰減參數(shù)的系統(tǒng)與方法，需要進行校準時，在探測光纜的末端連接一光反射模塊，并控制分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)主機，調(diào)整脈沖光源重復(fù)頻率，至正常模式下的一半，調(diào)整信號采集模塊，使其采集長度提高一倍進行自動校準，從而可以準確獲得探測光纜衰減參數(shù)。正常工作時，調(diào)整脈沖光源重復(fù)頻率，至正常模式，摘下光反射模塊，進入正常工作模式。從而實現(xiàn)在現(xiàn)場對探測光纜進行校準、補償，增加了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的有效使用程度，提高了系統(tǒng)性能。
文檔編號G01K15/00GK102798487SQ20111014081
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者郭兆坤 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司