一种分布式光纤测温系统降噪方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式光纤测温系统降噪方法，系统窄脉冲激光光源和数据采集模块根据同步信号来协同工作，使得数据采集模块得以在正确的时刻采集有用信号。利用所述方法可以定期获取噪声信号，并在测量过程中去除噪声信号，从而获得比较干净的有效信号，可以有效地提高系统信噪比，从而提高测温精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式光纤测温系统的
，尤其涉及一种分布式光纤测温系统 降噪方法。
技术介绍
分布式光纤测温系统(以下称DTS系统)广泛应用于各种火灾监控现场，例如公 路隧道、地铁隧道、电力电厂的动力电缆隧道、石油化工储油罐等现场。DTS系统是一种基于 OTDR和拉曼散射原理研制而成的温度测量系统，其温度传感器是光纤(通常制作成光缆)。 DTS系统利用光纤的拉曼效应，即光纤铺设位置(空间)的温度场调制了光纤中传输的后向 拉曼散射光，经光电转换及信号处理后就可解调出温度场的实时温度信息。DTS系统组成一 般包括大功率窄脉冲激光光源、光纤波分复用耦合器、传感光缆、光电探测器、信号放大模 块、数据采集模块及系统主机(PC机或工控机)。由于DTS系统是分布式的，即光缆连续地 铺设在需要监测的现场，而且距离较长(通常是几公里)，相比与其他测温系统，DTS具有明 显的优势。目前国内研制的DTS系统可以满足公路、隧道等测温精度要求比较低的火灾监控 场所的应用要求；但是对于像电力电厂的动力电缆载流量监测等温度精度要求比较高的应 用场所尚不能满足要求。因此如何提高DTS系统的测温精度，也就是如何降低系统噪声，成 为国内高校院所及厂家大力研究的重点。DTS系统根据拉曼散射原理来解调温度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此通常 采用APD (雪崩二极管)作为光电转换器，并把APD产生的微弱信号进行放大，然后进行数 据采集和处理。APD的特点是雪崩效应，其增益大，但是其暗电流产生的噪声也比较大。同 时，由于激光光源存在ASE噪声，使得即使在没有脉冲光的时候也有宽带的直流光存在，这 些光通过AH)后也产生了噪声。这些噪声都会造成系统信噪比比较差，因此解调出来的温 度信号其噪声也比较大，也就是测温度精度不够高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种分布式光纤测温系统降噪方 法，该方法可以定期获取噪声信号，并在测量过程中去除噪声信号，从而获得比较干净的有 效信号，有效地提高系统信噪比，从而提高测温精度。为了达到上述目的，本专利技术采用，所述一种分 布式光纤测温系统包括窄脉冲激光光源、光纤波分复用耦合器、传感光缆、APD(光电探测 器)、小信号放大模块、数据采集模块及系统主机(PC机或工控机)。，包括如下步骤步骤一，系统控制数据采集模块，使之关闭同步信号，此时光源没有脉冲光输出， 但是有ASE光输出，APD暗电流也存在；步骤二，系统采集一组噪声数据曲线，对这组噪声数据曲线进行累加再平均(目的是对白噪声做滤波处理)，保存累加并平均后的噪声数据曲线(主要是ASE噪声和APD暗 电流噪声)；步骤三，系统控制数据采集模块，使之正常产生同步信号，系统进入正常工作阶 段；步骤四，系统每次采集到一组处理(累加后平均)后的数据曲线时，把这组数据曲 线先减去步骤二所保存的噪声数据曲线，此时所获得数据曲线已去除了主要噪声的，信噪 比已大大提闻;步骤五，系统进行温度解调处理，获得温度曲线，由于去除了主要噪声，因此所测 得的温度精度得到较大地提高；步骤六，每过一段时间(如一天)或者系统机内温度变化超过一定温度(如变化3 度，表明系统工作环境温度已经变化)时，重复步骤一和步骤二，更新所保存的噪声数据曲 线；这一步考虑了系统随着工作时间的推移或工作环境温度的变化而使得系统噪声产生的变化。采用本专利技术所述的方法的有益效果在于系统噪声大大降低，大幅度提高了系统 信噪比，从而使得系统的测温精度得到了较大的提高。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。具体实施式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术采用，所述一种分布式光纤测温系统包 括窄脉冲激光光源1、光纤波分复用耦合器2、传感光缆3、APD(光电探测器)4、小信号放大 模块5、数据采集模块6及系统主机7 (PC机或工控机)。系统各个部分功能如下所述窄脉冲激光光源I，其功能是产生窄脉冲激光，窄脉冲激光通过光纤波分复用 耦合器2进入传感光缆3，并沿着传感光缆3向前传输，同时在传感光缆4内部产生后向传 输的拉曼散射光；拉曼散射光向后沿着传感光缆4传输，回到光纤波分复用耦合器2，并进 入光电探测器4，产生光电转换。特别地，所述窄脉冲激光光源I采用外同步，即同步信号由数据采集模块6提供。所述光纤波分复用耦合器2，其功能是1、使得脉冲激光可以从多窄脉冲激光光 源I通过光纤波分复用耦合器2，只能进入到传感光缆3，但不能进入到光电探测器4。2、使 得拉曼散射光可以从传感光缆2通过光纤波分复用耦合器2，只能进入到光电探测器4，但 不能进入到多窄脉冲激光光源I。所述传感光缆3，其功能是探测光缆所处环境的温度变化。当光缆所处环境温度发 生变化时，其内部的拉曼散射光强度也发生变化，根据这一变化，就可以解调出光缆所处环 境的温度信息。所述APD (光电探测器)4，其功能是把光信号转变成电信号；通常光信号是功率微 弱的光信号，转变成的电信号也是微弱电信号。所述小信号放大模块5,其功能是对光电探测器4产生的微弱电信号放大和滤波。所述数据采集模块6，其功能是完成电信号模拟到数字的转换(即数据采集)，并 做累加处理，然后把处理好的数据传输到系统主机7。所述系统主机7 (PC机或工控机)，其功能是完成温度信息的解调，温度曲线的显示等处理。进一步地，所述窄脉冲激光光源I和数据采集模块6是根据同步信号来协同工作 的，同步信号的作用是使得数据采集模块得以在正确的时刻采集有用信号。同步信号是脉 冲信号，具有一定的重复频率，(例如重复频率为2kHz);同步信号可由光源产生或由数据 采集模块6产生。当同步信号产生时，窄脉冲激光光源I产生脉冲激光，这时数据采集模块 6采集到的一段数据是有效的，(数据长度与系统所配置的光缆长度有关，例如每一米光缆 对应一个数据)。DTS系统噪声主要包括以下三种类型噪声，即光源的ASE噪声(一种光纤放大器 产生的散射光噪声)，APD(即光电探测器)暗电流，接收机(即小信号放大模块)白噪声。 ASE噪声和APD暗电流基本上属于直流信号；而白噪声带宽很宽，属于交流信号，一般米用 累加再平均的方法来降低。，包括如下步骤步骤一，系统控制数据采集模块，使之关闭同步信号，此时光源没有脉冲光输出， 但是有ASE光输出，APD暗电流也存在；步骤二，系统采集一组噪声数据曲线，对这组噪声数据曲线进行累加再平均(目 的是对白噪声做滤波处理)，保存累加并平均后的噪声数据曲线(主要是ASE噪声和APD暗 电流噪声)；步骤三，系统控制数据采集模块，使之正常产生同步信号，系统进入正常工作阶 段；步骤四，系统每次采集到一组处理(累加后平均)后的数据曲线时，把这组数据曲 线先减去步骤二所保存的噪声数据曲线，此时所获得数据曲线已去除了主要噪声的，信噪 比已大大提闻;步骤五，系统进行温度解调处理，获得温度曲线，由于去除了主要噪声，因此所测 得的温度精度得到较大地提高；步骤六，每过一段时间(如一天)或者系统机内温度变化超过一定温度(如变化3 度，表明系统工作环境温度已经变化)时，重复步骤一和步骤二，更新所保存的噪声数据曲 线；这一步考虑了系统随着工作时间的推移或工作环境温度的变化而使得系统噪声产生的变化。以上显示和描述的是本专利技术的基本原理、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤测温系统降噪方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，系统控制数据采集模块，使之关闭同步信号，此时光源没有脉冲光输出，但是有ASE光输出，APD暗电流也存在；步骤二，系统采集一组噪声数据曲线，对这组噪声数据曲线进行累加再平均，保存累加并平均后的噪声数据曲线；步骤三，系统控制数据采集模块，使之正常产生同步信号，系统进入正常工作阶段；步骤四，系统每次采集到一组累加平均后的数据曲线时，把这组数据曲线先减去步骤二所保存的噪声数据曲线，获得已去除了主要噪声的数据曲线；步骤五，系统进行温度解调处理，获得温度曲线；步骤六，每过一段时间或者系统机内温度变化超过一定温度时，重复步骤一和步骤二，更新所保存的噪声数据曲线。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤测温系统降噪方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一，系统控制数据采集模块，使之关闭同步信号，此时光源没有脉冲光输出，但是有ASE光输出，APD暗电流也存在； 步骤二，系统采集一组噪声数据曲线，对这组噪声数据曲线进行累加再平均，保存累加并平均后的噪声数据曲线； 步骤三，系统控制数据采集模块，使之正常...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄正，
申请(专利权)人：上海华魏光纤传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：