[发明专利]基于脉冲编码技术的粮仓分布式光纤拉曼温度监测仪

权利要求书

1.基于脉冲编码技术的粮仓分布式光纤拉曼温度监测仪，其特征在于包括测温光缆和测温系统，测温系统由基于脉冲编码技术的测温解调模块，通信模块，报警模块及后台监控客户端模块构成，其具体步骤如下：

步骤一：选用铠装光缆作为测温光缆，将测温光缆等间隔自然埋入粮食堆中，用支架固定每段测温光缆的位置，测温光缆转弯时，其弯曲半径应大于光缆自身半径的20倍，采用总线式结构，将每个粮仓通过测温光缆串联，对粮仓编号，便于分区管理，实现对多个粮仓同时监测；

步骤二：所述的基于脉冲编码技术的测温解调模块包括了粮仓测温铺设的传输光缆，激光器，声光调制器，光纤双向耦合器，光波分复用器，光电雪崩二极管，放大器，信号处理器，PC主机；

激光器发出脉冲激光与声光调制器的光输入端口相连，激光通过调制器编码后经过光纤双向耦合器射入传输光缆，沿光纤传输的脉冲激光在光纤内会激发出拉曼散射光，散射光由光波分复用器接受，并将散射光分解成斯托克斯散射和反斯托克斯散射，分别将两种散射送入光电雪崩二极管，将光信号转换为电信号，并用放大器对其进行放大，信号处理器对两路放大电信号采样处理，将模拟电信号转换为数字信号传送给计算机进行温度解调，系统利用自发拉曼散射效应产生的反斯托克斯光和斯托克斯光的强度的比值与温度呈线性关系可以实现测温，由于采用脉冲激光作为入射信号光，就可以将散射脉冲返回到发出端所用的时间与光纤距离一一对应，实现定位检测，根据这一原理，可以实现对光纤沿线上各个位置处的温度进行实时传感监测；

所述的脉冲编码技术是利用了一种单工循环编码技术进行温度信息的编码和解码，其基本原理如下：

假设一个N位的二进制编码模式P＝{P₀…P_N-1}，P_j＝0，1，j＝0，…，N-1，将采集到的背向散射时域曲线分割成N个区间，以对应N位的编码模式，每个区间的起始时刻位置和对应码位的光脉冲发射时刻相一至，并且N位编码光脉冲循环发射.设背向散射信号的采样点数为L，H为每个区间对应的采样点数，则L＝H×N，设j＝0，…，H-1，Y_i，X_i为两个N行1列的矩阵，

并且式中y[i+jH]表示背向散射信号第jH区间第i个采样值，其中x[i+jH]表示需恢复的单脉冲对应背向散射信号第jH区间第j个采样值，

设式(1)的N行N列二进制矩阵为S，该矩阵为以P_O P_N-1…P₂ P₁为首行的循环右移矩阵.从式(1)可见，单工循环编码背向散射信号第jH区间第i个采样值为单脉冲对应背向散射信号N个区间第i个采样值不同程度的叠加结果，设S矩阵可逆且逆矩阵为S^-1，则对单工循环编码背向散射信号的解码过程为

X_i＝S^-1Y_i

通过循环地向测温光纤发送P₀ P₁…P_N-2 P_N-1码即可获得准确的温度信息数据，整个系统的测温表达式为

式中H为普朗克常量，K为波耳兹曼常量，Δv为光纤声子的振动频率，α_s，α_a分别为斯托克斯、反斯托克斯喇曼散射光的光纤传输损耗，L为被测处的光纤长度，L₀为光纤某处的光纤长度，T为光纤L处的被测温度，T₀为光纤L₀处光纤的温度，X_aL、X_sL分别为解码后反斯托克斯和斯托克斯信号在L处幅值、分别为解码后反斯托克斯和斯托克斯信号在光纤L₀处的幅值；

步骤三：将温度信息通过无线网传输至报警系统，若所测温度超过报警设定阈值，则报警系统发出警报告知人员进行现场查验，同时，温度信息也将传输到后方客户端，得到粮仓内各个待测点的温度变化图和温度变化速率，实时动态反映粮仓内温度；

所述的通信模块，通过UDP协议将测温解调模块的温度信息传输给报警模块和后台的监控客户端；

所述的报警模块通过通信模块得到测温解调模块的温度信息，若所测温度超过报警设定的阈值，则报警系统发出警报告知人员进行现场检查；

所述的后台监控客户端，将从测温解调模块得到的各个点的位置信息和温度信息实时反演成动态图形，更加直观的了解粮仓内温度分布情况，若发生某处温度异常可快速定位配合报警系统进行有效处理。