专利名称：一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统及配置方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤温度传感系统及配置方法，特别是一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统及配置方法。
背景技术：
分布式光纤温度传感系统利用光时域反射技术与拉曼散射技术，可探测到光纤铺设沿线所有位置的温度信息，单通道最长连接光纤长度达到30km，因此广泛应用在隧道、煤矿、电力系统的火灾预警报警，石油、石化行业的实时温度监控中，已经成为温度监测技术的发展趋势，具有广阔的市场前景。现有的分布式光纤温度传感系统由主机和光纤两部分组成，光纤通过光纤适配器 连接到主机上，光纤连接器、光纤适配器和光纤类型的差异都会影响计算出来的温度数值。虽然出厂前主机已经设置了正常运行必须的参数，但是根据使用现场光纤连接器和光纤的实际情况仍然需要现场配置参数，目前现场参数配置需要专业人员进行，需要根据经验判断光纤连接器连接情况和光纤铺设过程中是否有异常的熔接点和挤压点，需要手动输入光纤长度、两路传输损耗补偿参数等，完全根据经验手动输入的数值有可能导致温度计算不准确，造成误报警。分布式光纤温度传感系统通过光切换开关可扩展到最多64个通道，分时进行温度测量。每个通道的参数都需要手动配置，花费的人力物力是相当大的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统及配置方法。本发明可以自动判定是否有异常的熔接点和挤压点，对光纤长度、两路传输损耗补偿参数等参数可实现自动配置，有效改善了现在凭经验人工判断和手动配置光纤参数的现状，提高了系统温度计算的准确性，大大降低了人力物力的投入。本发明的技术方案一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统，包括系统外壳，系统外壳内设有激光器，激光器的输入端与激光器驱动模块的输出端相连，激光器的输出端与分光滤波模块的输入端相连，分光滤波模块的输出端分别与光切换开关的输入端及光电转换模块的输入端连接，光切换开关的输出端与光纤连接，光电转换模块的输出端与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的一个输出端与数据采集单元的输入端连接，数据采集单元的输出端与计算机处理单元连接，信号处理模块有一个输出端与激光器驱动模块的输入端连接，信号处理模块还设有两个端口，分别与计算机处理单元和光切换开关双向连接，计算机处理单元包括光纤参数智能设置模块和温度自动校准模块。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法，包括以下步骤
A、通过所述系统向光通道发射激光脉冲来顺序采集所有通道的数据，并将所获得的数据传给计算机处理单元；
B、所述光纤参数智能设置模块根据步骤A收集的数据判断光通道内的光纤信息并根据所得到的光纤信息自动配置光纤的参数；
C、所述温度自动校准模块根据步骤A中的数据进行传输损耗偏差的自动补偿。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述光纤在接收激光脉冲后发生拉曼散射，光纤参数智能设置模块获得斯托克斯和反斯托克斯数据。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，步骤C所述的温度自动校准模块按照光纤传输损耗公式分别拟合斯托克斯和反斯托克斯数据的传输损耗，并自动写入数据库对数据进行补偿。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述步骤B为光纤参数智能设置模块根据斯托克斯和反斯托克斯数据确定系统中连接有光纤的光通道编号，并判断这些光纤的使用状态。
前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述光纤参数智能设置模块先判断光纤接头是否正常，如果异常则提示检查接头。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述光纤参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第一阀值进行比较，确定接头连接正常的光纤通道。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述光纤参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第二阀值进行比较判断连接到通道上光纤的长度，以此确定采集卡的采样点数并写入数据库。前述的分布式光纤温度传感系统的配置方法中，所述光纤参数智能设置模块通过判断斯托克斯和反斯托克斯数据曲线是否有幅值突变点来确定光纤铺设过程中是否有异常熔接点或挤压点。与现有技术相比，本发明通过系统外壳、激光器、激光器驱动模块、分光滤波模块、光切换开关、光电转换模块、信号处理模块、数据采集单元、计算机处理单元构成了自动配置参数的分布式光纤温度传感系统及配置方法。本发明可以实现智能判断分布式光纤温度传感系统的状态，自动配置系统基本运行需要的参数，具有如下优点
1.每条通道的参数实现自动配制，配置时间小于I分钟，减少了项目运作停工时间和次数，提高了工作效率；
2.不需要专业人员调试各种参数，降低了工作难度和成本；
3.自动进行光纤连接器和光纤铺设质量的判断，可快速发现并定位问题；
4.提高了计算温度的准确度，避免了因参数设置问题造成的误报和漏报，有利于分布式光纤温度传感系统的广泛普及。
图I是根据本发明的系统方框 附图中的标记为1-激光器，2-激光器驱动模块,3-分光滤波模块,4-光切换开关，
5-光电转换模块，6-信号处理模块，7-数据采集单元，8-计算机处理单元，9-系统外壳， 10-光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。实施例。一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统的实施例系统构成方框图如图I所示，它主要包括系统外壳9，系统外壳9内置激光器1，激光器I的输入端与与激光器驱动模块2的输出端相连,激光器I的输出端与分光滤波模块3的输入端相连,分光滤波模块3的输出端分别与光切换开关4的输入端以及两个光电转换模块5的输入端连接，光切换开关4的输出端与光纤10连接，可以连接N条光纤10(N为整数，大于等于1)，光电转换模块5的输出端与信号处理模块6的输入端相连,信号处理模块6的一个输出端与数据采集单元7的输入端连接，数据采集单元7的输出端与计算机处理单元连接，信号处理模 块6有一个输出端与激光器驱动模块2的输入端连接,信号处理模块6还有两个端口，分别与计算机处理单元8和光切换开关4双向连接。计算机处理单元8是设置在主机系统里的数据处理软件，包括光纤参数自动设置模块和温度自动校准模块。上述系统的配置方法，包括以下步骤
A、通过系统向光通道发射激光脉冲来顺序采集所有通道的数据，并将所获得的数据传给计算机处理单元8 ；
B、光纤参数智能设置模块根据步骤A收集的数据判断光通道内的光纤信息并根据所得到的光纤信息自动配置光纤的参数；
C、温度自动校准模块根据步骤A中的数据进行传输损耗偏差的自动补偿。光纤10在接收激光脉冲后发生拉曼散射，光纤参数智能设置模块获得斯托克斯和反斯托克斯数据。步骤C中的温度自动校准模块按照光纤传输损耗公式分别拟合斯托克斯和反斯托克斯数据的传输损耗，并自动写入数据库对数据进行补偿。步骤B为光纤参数智能设置模块根据斯托克斯和反斯托克斯数据确定系统中连接有光纤的光通道编号，并判断这些光纤的使用状态。光纤参数智能设置模块先判断光纤接头是否正常，如果异常则提示检查接头。光纤参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第一阀值进行比较，确定接头连接正常的光纤通道。光参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第二阀值进行比较判断连接到通道上光纤的长度，以此确定采集卡的采样点数并写入数据库。光纤参数智能设置模块通过判断斯托克斯和反斯托克斯数据曲线是否有幅值突变点来确定光纤铺设过程中是否有异常熔接点或挤压点。一种自动配置参数的布式光纤温度传感系统的工作过程如下
光通道的编号由客户预先设置好，可设置为1、2、3……N。系统启动运行后，由客户按照需要先选择要采集数据的光通道编号，比如选择编号为1、2、3的三个光通道，后由计算机处理单元8将这三个光通道编号发送给信号处理模块6。信号处理模块6给光切换开关4发送打开指令，再给激光器驱动模块2和数据采集单元7同时发出一个运行信号，激光器驱动模块2开始驱动激光器I发出脉冲激光，数据采集单元7同时开始采集数据。脉冲激光经过分光滤波模块3输入到光切换开关4切换的通道中。如果通道没有连接光纤，那么脉冲激光进入通道后不发生拉曼散射，系统接收到的为幅值为O附近的无效数据。如果通道连接有光纤，那么脉冲激光再连接到光纤10。光纤10上会不断发生拉曼散射。背向拉曼散射信号途径光切换开关4进入到分光滤波模块3中，所需要的斯托克斯光和反斯托克斯光分别进入两个光电转换模块中进行光电转换和信号滤波，再进入数据采集单元7进行A/D转化，最后输入到计算机处理单元8中进行处理。计算机处理单元8包括光纤参数自动设置模块和温度自动校准模块，处理数据的工作原理如下
(I)光纤参数自动设置模块判断所选择的光通道内的探测光纤接头工作状态是否正
常光纤参数自动设置模块所收集的斯托克斯光和反斯托克斯光是一连串数据，光纤参数自动设置模块将第一个数据值与计算机处理单元8数据库中的初始设定第一阈值进行比较，并将比较结果提示给客户。初始设定第一阈值为5和100，如果这个数据值低于5，则认为光纤接头工作状态不正常。如果高于5低于100.光纤接头运行正常，只不过接头损耗比较大，如果这个数值高于100，则判断光纤运行状况良好。如果光纤参数自动设置模块判断光纤接头工作状态不正常，那么说明接头连接有故障，就需要客户去现场查看，将光纤接头整理好，直到光纤参数自动设置模块判断光纤接头处于正常工作状态为止。(2)光纤参数自动设置模块读取光通道内的光纤长度在模块中预先设定判断光
纤长度的初始设定第二阈值，比如设为6，每个接收的斯托克斯数值都对应显示一个光纤长度，将每个斯托克斯数值与6进行比较，小于6的那个斯托克斯数值的前一个斯托克斯数值所对应的长度为光纤长度。实际中所收集到的一串数字到最后会是这样的80，78，76，5，
O.1,-0. 2,0. 3……后面都是O附近的数值了。会发现数据中比阀值6小的数字是5，5前面为数字76，那么光纤参数自动设置模块就认为数值76所对应的光纤长度是这个通道连接的光纤长度，并写入数据库。在这个过程当中，光纤参数自动设置模块同时判断是否有幅值突变点(幅值突变点即数值突降的点)判断光纤铺设过程中是否有异常熔接点或挤压点，并提示该异常点所在位置给客户，由用户判断是否需要处理或者忽略。(3)温度自动校准模块按照光纤传输损耗公式分别拟合斯托克斯和反斯托克斯数据的传输损耗，并自动写入数据库对数据进行补偿。光在光纤中传输时，由于光纤材料对光的吸收和散射、光纤结构的缺陷和弯曲及光纤间的耦合不完善等原因，导致光功率会随传输距离按指数规律衰减，称之为光纤传输损耗，表不为α ,同一条光纤的传输损耗与波长有关。分布式光纤温度传感系统温度计算的原理如下光在光纤中传输的时候会发生拉曼散射，产生斯托克斯光和反斯托克斯光，其中反斯托克斯光对温度非常敏感，会随着温度的升高幅值变大，斯托克斯光则几乎不会发生变化，根据两者幅值的比值就可以计算温度。但是由于斯托克斯光和反斯托克斯光波长不同，则传输损耗不同，所以在计算光纤中任何一点温度的时候需要补偿因斯托克斯光和反斯托克斯光两路波长不一致导致的传输损耗偏差，否则会影响温度计算的准确性。光纤传输损耗公式
权利要求
1.一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统，其特征在于包括系统外壳(9),系统外壳(9 )内设有激光器(I),激光器(I)的输入端与激光器驱动模块(2 )的输出端相连,激光器(I)的输出端与分光滤波模块(3)的输入端相连,分光滤波模块(3)的输出端分别与光开关(4)的输入端以及两个光电转换模块(5)的输入端连接,光切换开关(4)的输出端与光纤(10)连接，光电转换模块(5)的输出端与信号处理模块(6)的输入端相连，信号处理模块(6)的一个输出端与数据采集单元(7)的输入端连接，数据采集单元(7)的输出端与计算机处理单元(8)连接，信号处理模块(6)有一个输出端与激光器驱动模块(2)的输入端连接，信号处理模块(6)还设有两个端口，分别与计算机处理单元(8)和光切换开关(4)双向连接，计算机处理单元(8)包括光纤参数智能设置模块和温度自动校准模块。
2.根据权利要求I所述系统的配置方法，其特征在于，包括以下步骤 A、通过所述的系统向光通道发射激光脉冲来顺序采集所有通道的数据，并将所获得的数据传给计算机处理单元(8)； B、所述的光纤参数智能设置模块根据步骤A收集的数据判断光通道内的光纤信息并根据所得到的光纤信息自动配置光纤的参数； C、所述的温度自动校准模块根据步骤A中的数据进行传输损耗偏差的自动补偿。
3.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于所述的光纤(10)在接收激光脉冲后发生拉曼散射，光纤参数智能设置模块获得斯托克斯和反斯托克斯数据。
4.根据权利要求3所述的配置方法，其特征在于步骤C所述的温度自动校准模块按照光纤传输损耗公式分别拟合斯托克斯和反斯托克斯数据的传输损耗，并自动写入数据库对数据进行补偿。
5.根据权利要求3或4所述的配置方法，其特征在于，所述的步骤B为光纤参数智能设置模块根据斯托克斯和反斯托克斯数据确定系统中连接有光纤的光通道编号，并判断这些光纤的使用状态。
6.根据权利要求5所述的配置方法，其特征在于所述的光纤参数智能设置模块先判断光纤接头是否正常，如果异常则提示检查接头。
7.根据权利要求6所述的配置方法，其特征在于所述的光纤参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第一阀值进行比较，确定接头连接正常的光纤通道。
8.根据权利要求7所述的配置方法，其特征在于所述的光纤参数智能设置模块将斯托克斯和反斯托克斯数据与系统内初始设定的第二阀值进行比较判断连接到通道上光纤的长度，以此确定采集卡的采样点数并写入数据库。
9.根据权利要求7或8所述的的配置方法，其特征在于所述的光纤参数智能设置模块通过判断斯托克斯和反斯托克斯数据曲线是否有幅值突变点来确定光纤铺设过程中是否有异常熔接点或挤压点。
全文摘要
本发明公开了一种自动配置参数的分布式光纤温度传感系统及配置方法，本系统包括系统外壳、激光器、激光器驱动模块、分光滤波模块、光切换开关、光电转换模块、信号处理模块、数据采集单元、计算机处理单元。本方法包括以下步骤收集每个光通道数据；判断光通道内的光纤信息并根据所得到的信息自动配置光通道的参数；获得步骤A中的数据进行传输损耗偏差的自动补偿。本发明具有如下优点每条通道的参数实现自动配制，不需要专业人员调试各种参数，节约大量的人力物力；可自动进行光纤连接器和光纤铺设质量的判断，快速发现并定位问题；能够自动进行光纤传输损耗的准确补偿，提高了计算温度的准确度。
文档编号G01K11/32GK102661817SQ20121018105
公开日2012年9月12日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者孙忠周, 张文平, 张文生, 王剑锋, 祝海钟, 胡文贵 申请人:杭州欧忆光电科技有限公司