[实用新型]基于拉曼光反射的测温装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于拉曼光反射的测温装置，主要用于长距离实时温度测量。

背景技术

光纤技术是近20年来迅猛发展的新技术，分布式光纤传感技术是当前光纤在工业检测应用中的一个亮点，基于拉曼反射的温度检测，其反射回的拉曼光的幅度与外界温度的高低有较明显的关系。而某一温度下的位置信息则可由反射光的返回时间测得。这样，通过连续采集反射光的幅度即可得到温度和位置信息。

在基于拉曼后向时域反射光中，反斯托克斯(AN-STROKES)和斯托克斯(STROKES)光均与温度相关，其中反斯托克斯对温度尤其敏感。但一个共同特点是这些反射光的光强非常微弱，因此必须要对反射信号进行增强处理。常用的方法是多次累加平均以克服干扰，通常累加次数要超过万次才能有较好的效果。

要想得到长距离的有效信息，每次的采样点必须增加。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播，在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光的方向正好与入射光的方向相反(亦可称为“背向”)。这种背向反射光的强度与光纤中的反射点的温度有一定的相关关系。光传播是需要时间的，这样通过记录接收到反射光的时刻就可估计出反射的来源位置。对于采样周期固定的数字采样来说，这个时间对应的就是采样点的点数。比如在拉曼检测系统中，STROKES和AN-STROKES光非常微弱，采用100M采样，测量距离达到10km，每次采样要10000个点，一万次采样就是1亿一个点。

传统的做法是将采集到的信号送入微机或微处理器中进行累加处理，但由于传输以及运算速度的影响，必须要加入缓存，并且每批数据与下批数据必须留有足够的时间间隔。这样，如要进行万次平均，将要消耗很长时间，检测的实时性大打折扣。

此外，拉曼分布式测温系统的定标通常是在使用前通过实验室中利用恒温槽进行定标，而在实际应用环境中，由于外界因素与定标时的环境因素可能会有较大差异，从而造成测量结果误差较大。

公开号为CN 1444026A的中国专利“远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统”，公开号为CN101162158A的中国专利“超远程分布式光纤拉曼与布里渊光子传感器”，公开号为CN101162175A的中国专利“集成拉曼放大器的超远程分布式光纤拉曼光子温度传感器”，这三个专利采用的是高速采集卡进行采集，多次采集的数据必须先进行存储然后才能进行处理，速度慢，造成响应时间明显滞后，后期的算法主要依靠计算机来完成，不易于实现并行处理，灵活性差。

实用新型内容

针对以前的分布式测温仪器体积较大，无法自适应定标，以及响应时间较慢等缺点，本实用新型提供测温装置省去恒温槽，微机箱，体积大幅度缩小的，通过在光纤始端附近附加的电子式温度传感器测得的温度作为参考，自动进行参数定标的，滤波信号处理速度快，温度失真小的基于拉曼光反射的测温装置及方法。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于拉曼光反射的测温装置，它包括：

嵌入式处理器，它控制激光发射装置，接收来自滤波装置输出的滤波信号；

激光发射装置，它接受嵌入式处理器控制，输出激光到波分复用装置；

波分复用装置，对光信号进行隔离与滤波，分离出stroke光及反stroke光；

光电处理装置，将光信号转换为电信号；

滤波处理装置，对电信号进行高速累加及平均滤波；

电子测温模块，测定光纤始端的温度并用来标定；

嵌入式处理器与激光发射装置输入端连接，激光发射装置输出端与波分复用装置输入端连接；波分复用装置与光纤双向通信；同时波分复用装置输出光信号经光电转换后进入滤波处理装置，滤波装置的输出端与嵌入式处理器的输入端连接。

所述激光发射装置包括激光器驱动电路和激光器；激光器驱动电路分别与处理器和激光器连接；所述激光器与波分复用装置连接；激光器为中心波长1550nm的DFB激光器，峰值功率20W。

所述嵌入式处理器为嵌入操作系统的处理芯片或DSP芯片或单片机；所述波分复用装置为光波分复用器，其输出中心波长分别为1450nm和1663nm，线宽为10nm；所述光电处理装置为雪崩光电二极管APD。

所述滤波处理装置为现场可编程门阵列FPGA，FPGA包含两个累加器及两个RAM数据存储区块，其中累加器为32位。

所述电子测温模块为四个电子式测温传感器，挂接在光纤的起始端，四个电子测温传感器间相隔指定距离。

基于拉曼光反射的测温方法，它包括如下步骤：