一种同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置及方法制造方法及图纸

技术编号:7583561 阅读:196 留言:0更新日期:2012-07-20 02:18
本发明专利技术公布了一种同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置,包括窄线宽激光器,环形器,耦合器,滤波器模块,探测器,声光调制器驱动模块,信号处理及输出模块。本发明专利技术将瑞利背散射信号和拉曼散射信号分离开来,再分别将光信号转为电信号,信号采集与处理模块根据背散射信号的干涉结果特征,可以实现分布式振动信号的传感,通过拉曼散射信号的信号特征,可以实现分布式温度信号的传感,从而实现长距离分布式温度和振动信号的同步传感。本发明专利技术复用了一套光路系统,大大降低了成本;实现了高带宽振动信号检测,采用的窄线宽高稳定激光器也显著地提高了装置的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全光纤传感以及安全防护领域,尤其涉及同时测量宽带振动和温度的分布式光纤传感测量装置及方法。
技术介绍
在现代社会中,石油、化工、冶金、电力等工业是国民经济发展的基础,且和人民生活息息相关。这些工业场所一旦发生火灾以及安全事故,将给国家财产和人民生命安全带来巨大的损失。随着我国经济发展,电力、石化、冶金等行业的投资规模不断扩大,大量易燃、易爆、高危险、高灾害的工业场所的安防工作任务艰巨。除此之外,随着社会经济的发展,社会安全形势也日益严峻,所有这些,都对安全防卫预警系统提出新的要求。多年来,传统的周界安防解决方案(泄漏电缆方案、振动电缆方案、电子围栏、电网等)为社会平安保障做出了相应的贡献,但受一些客观技术条件等因素所限,还存在着一些共性或个性不足,如泄露电缆和振动电缆报警属于电缆传感,传感部分都是有源的, 系统功耗很大;电子围栏、电网等方案又有一定危害性。上述方案可监测的距离较短,单位距离成本高,在需要进行长距离监测的情况下,系统造价高昂。且传感器单元的寿命较短, 长时间连续使用,维护成本较高;干扰机会增多(电磁干扰、信号干扰、串扰等),灵敏性下降,误报率、漏报率上升等;对于大范围监控,以上传统方案本身没有定位功能,遇上侵入行为,无法定位。这意味着无法及时、准确地确定危险地点(火灾或者入侵),无法及时采取制止措施阻止危险导致核心区域失密、被破坏。针对传统安防系统存在的问题,有人提出用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflector, OTDR)来实现振动入侵传感系统,如B0TDA/R技术(如OZ公司的Foresight 系列产品)虽然能同时实现温度和应变的检测,但该技术主要适用于检测应变信号,测量时间在秒量级(带宽在Hz量级),这大大限制了该技术的应用领域,无法满足大振动频率 (> KHz)的要求,容易出现漏报等问题。因此存在一定的局限性。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足,本专利技术提供了一种成本低、稳定性好同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置,以及利用上述传感装置的进行振动、温度测量的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置,包括依次连接的光源和传感光纤;所述传感装置进一步包括耦合器,所述耦合器用于将传感光纤中的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号耦合进分光模块;分光模块,所述分光模块用于从接收到的光信号分离出瑞利散射光信号和拉曼散射光信号,并传送到探测器模块;探测器模块,所述探测器模块用于将所述瑞利散射光信号转换为第一信号,将所述拉曼散射光信号转换为第二信号,并分别传送到信号处理模块;信号处理模块,所述信号处理模块用于处理接收到的第一信号和第二信号,从而获知所述传感光纤感知的振动和温度。根据上述的分布式光纤传感装置,优选地,所述分光模块是光栅或滤波器或棱镜。根据上述的分布式光纤传感装置,可选地,所述传感装置进一步包括环形器,所述光源发出的光通过环形器进入所述传感光纤,并将所述传感光纤中的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号传输到所述耦合器。根据上述的分布式光纤传感装置,优选地,所述光源为脉冲光源。根据上述的分布式光纤传感装置,可选地,所述传感装置进一步包括光调制器,所述光调制器用于将所述光源发出的连续光调制为脉冲光;驱动模块,所述驱动模块的输出端连接所述光调制器;所述光源为连续光源。本专利技术的目的是还通过以下技术方案来实现一种利用分布式光纤传感装置同时检测振动和温度的方法,所述方法包括以下步骤(Al)脉冲光进入感知外界振动和温度的传感光纤中,产生的瑞利散射光和拉曼散射光进入耦合器;(A2)耦合器将所述瑞利散射光和拉曼散射光耦合进分光模块;(A3)分光模块分离出所述瑞利散射光和拉曼散射光,并由探测器模块转换为第一信号和第二信号;(A4)信号处理模块处理接收到的第一信号和第二信号,从而获知所述外界振动和温度信息。根据上述的方法,可选地,所述方法进一步包括以下步骤(BI)光源发出的连续光被调制为脉冲光。根据上述的方法,优选地,所述光源为窄线宽激光器。根据上述的方法,可选地,所述方法进一步包括以下步骤(Cl)所述光源发出的光通过环形器进入所述传感光纤,并将所述传感光纤中的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号传输到所述耦合器。根据上述的方法,可选地,所述方法进一步包括以下步骤(Dl)判断模块判断所述信号处理模块传送来的振动和/或温度是否超出阈值,若超过阈值,则提示报警。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果本专利技术利用一套光路系统,实现了长距离分布式温度和振动的同步传感,大大降低了成本;分布式振动传感采用了瑞利散射光的干涉技术,其检测带宽远大于传统的分布式光纤传感器带宽可以达到KHz量级,可以适用于更广的领域,如入侵检测等。利用了窄线宽激光器,显著地提高了稳定性。附图说明参照附图,本专利技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本专利技术的技术方案,而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。 图中图I是本专利技术实施例I的分布式光纤传感装置的基本结构图;图2是本专利技术实施例I的方法的流程图;图3是本专利技术实施例2的分布式光纤传感装置的基本结构图;图4是本专利技术实施例2的方法的流程图。具体实施例方式图1-4和以下说明描述了本专利技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本专利技术。为了教导本专利技术技术方案,已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本专利技术的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本专利技术的多个变型。由此,本专利技术并不局限于下述可选实施方式,而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例I :图I示意性地给出了本专利技术实施例的同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置的基本结构图,如图I所示,所述传感装置包括依次连接的光源和传感光纤;所述光源可采用激光器,如窄线宽的脉冲式半导体激光器;所述传感装置进一步包括耦合器,所述耦合器用于将传感光纤中的瑞利散射光信号和拉曼散射光信号耦合到分光模块;分光模块,所述分光模块用于从接收到的光信号分离出瑞利散射光信号和拉曼散射光信号,并传送到探测器模块;可选地,所述分光模块采用光栅、滤波器或棱镜等分光器件,如第一滤波器和第二滤波器。探测器模块,所述探测器模块用于将所述瑞利散射光信号转换为第一信号,将所述拉曼散射光信号转换为第二信号,并分别传送到信号处理模块;可选地,所述探测器模块包括第一光电探测器和第二光电探测器。信号处理模块,所述信号处理模块用于处理接收到的第一信号和第二信号,从而获知所述传感光纤感知的振动和温度。所述信号处理模块采用电路或软件来实现,图2示意性地给出了利用上述分布式光纤传感装置同时检测振动和温度的方法, 如图2所示,所述方法包括以下步骤(Al)脉冲光进入感知外界振动和温度的传感光纤中,产生的瑞利散射光和拉曼散射光通过环形器进入耦合器;(A2)稱合器将所述瑞利散射光和拉曼散射光稱合进分光模块;(A3)分光模块分离出所述瑞利散射光和拉曼散射光,并由探测器模块转换为第一信号和第二信号;(A4)信号处理模块处理接收到的第一信号和第二信号,从而获知所述外界振动和温度信息。根据上述的方法,优选地,所述光源为窄线宽本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:毛慧
申请(专利权)人:杭州安远科技有限公司
类型:发明
国别省市:

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