一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及光纤传感技术领域，具体为一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法。其方法包括如下步骤：步骤一：编码调制模块预存2N+1阶编码矩阵S；步骤二：编码调制模块依次输出矩阵S每行编码调制激光脉冲，分两路得背散射瑞利光和背散射反斯托克斯光；再输出同步电脉冲开启A/D二路同步采集背散射瑞利光信息和背散射反斯托克斯光，以矩阵为单位周期可多次触发进行数字平均。步骤三：工控机判断是否有断纤事件。步骤四：利用解出传感光纤上每点的背散射反斯托克斯光信息，获得传感光纤上每点的温度值。本申请编码矩阵容易产生，奇数阶比指数阶更容易设置，跨度不大。编码无连续码，传感器稳定性好。传感器稳定性好。传感器稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法


[0001]本申请涉及光纤传感
，具体为一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法。

技术介绍

[0002]分布光纤温度传感装置是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器，在传感器中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的拉曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。利用光纤的光时域的反射(optical time domain reflection简称OTDR)技术，由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测温度点定位。这样分布式光纤温度传感器可以在线实时预报现场的温度和温度变化的取向，光纤传输光信号并不通电，因此具有很强的抗电磁干扰性能，是一种本质安全型的线型感温探测器，已在交通，电力、石化、大型土木工程和地质灾害监测等领域成功地应用。
[0003]高空间分辨率和高动态范围的分布光纤温度传感器在光纤测量系统中具有十分重要的作用，可以提高光纤的温度测量精度和测量长度，为光纤系统中的温度预警精确定位提供了有力保障。
[0004]高空间分辨率受光脉冲时域宽度、光接收机带宽、A/D采样率的影响。动态范围受注入光脉冲的峰值功率、脉冲时域宽度、光在光纤中的传输损耗、光接收机损耗的影响。可以看出同时得到大的高空间分辨率和高动态范围是不可能的，二者不可兼得。
[0005]运用现代数字信号处理技术(即脉冲编码的方式)，将注入光脉冲信号调制成编码光脉冲信号作为分布光纤温度传感器的探测信号时，它的入纤光功率得到了增加，而此种光功率的增加方式并不是利用传统的增加脉冲宽度来得到的，即脉冲宽度仍保持不变。入纤光功率的增加会使分布光纤温度传感器的动态范围得到提高，而脉冲宽度保持不变即空间分辨率保持不变。
[0006]现在的分布光纤温度传感器通常用半导体激光器做种子光源，峰值功率较弱，需直连光纤放大器来满足激发的拉曼光谱效应获得较高信噪比的背散射拉曼信号。在这种情况下，固定时域宽度的单激光脉冲得到的背散射拉曼信号做数字平均，稳定性非常好。
[0007]在工程实际中使用的编码方式至今有辛普森编码(Simplex code)、格雷编码(Golay code)和互补相关标准正交序列编码(Complementary Correlated Prometheus Orthonormal Sequence，CCPONS)。辛普森编码矩阵由Hadamard 矩阵去除第一行和第一列转换而成，阶数N＝2
m
‑
1(m是自然数),格雷编码和互补相关标准正交序列编码矩阵按树型追加法转换而成，阶数N＝2
m
(m是自然数)。它们的编码都存在连续码(参考中国专利技术专利CN201210170373)，不仅降低了入射激光功率阈值，在直连光放大情况下，单码和连续码产生的入射光纤激光功率并不是简单的线性关系，导致编码得到的背散射拉曼信号做数字平均，稳定性差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置及方法，由一组单极性奇数阶编码矩阵完成(单极性脉冲指发射0或1，而不是
‑
1或1)，提高传感器装置的稳定性，高动态范围和高空间分辨率，获得稳定的、更高的温度测量精度和测量长度。
[0009]为实现上述技术效果，本申请具体方案如下：
[0010]本专利技术采用瑞利散射光辅助解调反斯托克斯光的分布式光纤温度传感，具体方案如下：
[0011]一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置，包括半导体激光器及驱动模块，编码调制器，光纤放大器，光纤环形器，电子温度计，光纤波分复用器，传感光纤，APD探测器模块，A/D模块和工控机；所述工控机与编码调制器连接，且工控机与编码调制器分别与A/D模块相连，半导体激光器及驱动模块与编码调制器光纤连接，编码调制器与光纤放大器光纤连接，光纤放大器与光纤环形器输入端连接，光纤环形器输出端与传感光纤连接，工控机上USB连有电子温度计，光纤环形器返回端与光纤波分复用器连接，光纤波分复用器与APD探测器模块相连，APD探测器模块与A/D模块相连。
[0012]进一步地，所述工控机与编码调制器相互之间通过USB接口进行连接，工控机和A/D模块通过PCIex16接口相连，编码调制器同步电信号通过电线和A/D模块外同步口连接，工控机通过USB接口与电子温度计连接。
[0013]进一步地，半导体激光器及驱动模块为DFB半导体激光器，编码调制器是以半导体光放大器为核心器件的编码调制器，光纤放大器为掺铒光纤放大器，光纤环形器为多模光纤1X2光纤环形器，光纤波分复用器为多模光纤1X2光纤环形器，APD探测器模块选用厦门彼格APD1550
‑
100M—40dBm，A/D模块选用北京坤驰QT1144.x，工控机选用研华YT70系列。
[0014]一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码方法，包括如下步骤：
[0015]步骤一：编码调制器预存2N+1阶编码矩阵S＝(a
ij
),其中N为自然数，当i＝j时a
ij
＝0，当i>j,i
‑
j是偶数时a
ij
＝0，当i>j,i
‑
j是奇数时a
ij
＝1，当i<j,j
‑
i是偶数时a
ij
＝1，当i<j,j
‑
i是奇数时a
ij
＝0，这样每行有N
‑
1个“1”，每个“1”被“0”隔开，没有连续码，其中a为矩阵元素，i表示矩阵S中第i行，j表示矩阵S中第j列，0<＝i，j<2N+1；工控机执行程序初始化时根据设置的激光脉宽n纳秒、平均次数m和测量长度L米，产生最大奇数阶2N+1<10L/n，最小测量时间(2N+1)mL/10纳秒，这是单脉冲测量时间的2N+1倍，S的可逆阵S
‑1＝(b
ij
)，当i＝j或i>j，j＝i
‑
1或i＝0，j＝2N时b
ij
＝(1
‑
N)/N，不满足上述条件时b
ij
＝1/N；b为S的逆矩阵。
[0016]步骤二：工控机执行测量程序时，对编码调制器发出启动信号，编码调制器依次输出矩阵S每行编码调制激光脉冲注入光纤放大器、光纤环形器和传感光纤，传感光纤上返回背散射光经过光纤环形器进入光纤波分复用器，分两路得背散射瑞利光和背散射反斯托克斯光，再到对应的APD探测器17，APD探测器17后接A/D模块，A/D模块与工控机相连；编码调制器依次输出矩阵S每行编码时输出同步电脉冲开启A/D二路同步采集背散射瑞利光信息和背散射反斯托克斯光信息存储于A/D缓冲区中，流水线方式传入工控机内存中，以矩阵为单位周期可多次触发进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置，其特征在于：包括半导体激光器及驱动模块(19)，编码调制器(12)，光纤放大器(13)，光纤环形器(14)，电子温度计(15)，光纤波分复用器(16)，传感光纤(10)，APD探测器模块(17)，A/D模块(18)和工控机(11)；所述工控机(11)与编码调制器(12)连接，且工控机(11)与编码调制器(12)分别与A/D模块(18)相连，半导体激光器及驱动模块(19)与编码调制器(12)光纤连接，编码调制器(12)与光纤放大器(13)光纤连接，光纤放大器(13)与光纤环形器(14)输入端连接，光纤环形器(14)输出端与传感光纤(10)连接，工控机(11)上USB连有电子温度计(15)，光纤环形器(14)返回端与光纤波分复用器(16)连接，光纤波分复用器(16)与APD探测器模块(17)相连，APD探测器模块(17)与A/D模块(18)相连。2.根据权利要求1所述的一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置，其特征在于：所述工控机(11)与编码调制器(12)相互之间通过USB接口进行连接，工控机(11)和A/D模块(18)通过PCIex16接口相连，编码调制器(12)同步电信号通过电线和A/D模块(18)外同步口连接，工控机(11)通过USB接口与电子温度计(15)连接。3.根据权利要求1所述的一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码装置，其特征在于：半导体激光器及驱动模块(19)为DFB半导体激光器，编码调制器(12)是以半导体光放大器为核心器件的编码调制器，光纤放大器(13)为掺铒光纤放大器，光纤环形器(14)为多模光纤1X2光纤环形器，光纤波分复用器(16)为多模光纤1X2光纤环形器。4.一种在光放大下分布式光纤温度传感的编码方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：编码调制器(12)预存2N+1阶编码矩阵S＝(a
ij
),其中N为自然数，当i＝j时a
ij
＝0，当i>j,i
‑
j是偶数时a
ij
＝0，当i>j,i
‑
j是奇数时a
ij
＝1，当i<j,j
‑
i是偶数时a
ij
＝1，当i<j,j
‑
i是奇数时a
ij
＝0，这样每行有N
‑
1个“1”，每个“1”被“0”隔开，没有连续码，其中a为矩阵元素，i表示矩阵S中第i 行，j表示矩阵S中第j列，0<＝i，j<2N+1；工控机(11)执行程序初始化时根据设置的激光脉宽n纳秒、平均次数m和测量长度L米，产生最大奇数阶2N+1<10L/n，最小测量时间(2N+1)mL/10纳秒，这是单脉冲测量时间的2N+1倍，S的可逆阵S
‑1＝(b
ij
)，当i＝j或i>j，j＝i
‑
1或i＝0，j＝2N时b

【专利技术属性】
技术研发人员：张舒曼，梅建云，
申请(专利权)人：成都陆迪盛华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：