[发明专利]一种光纤温度振动传感器及综合监控系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感及安全防护领域，具体的说是一种能够同时监测温度信息及振动信息的光纤温度振动传感器及综合监控系统和方法。

背景技术

分布式光纤温度传感器是利用光纤自发拉曼散射光强受温度调制的原理和光时域反射原理而组成的分布式光纤拉曼温度传感器，具有广阔的应用市场。由于它可以在线实时预报现场的温度及其变化的趋势，设置报警温度对现场温度变化进行监测，是一种本质安全型的线型感温探测器，已成功应用于石油石化、电力及港口等领域。

光纤周界安防作为新一代周界报警系统，有很强的军用及民用价值，可以用于监狱、重要军事目标、武器库等周界的安防监控，还可以用于核电站、石油石化等重要设施的周界安防监控，光纤周界安防主要采用了光纤振动传感器，通过监测边界小范围内环境应力变化对光纤的影响，分析入侵振动信号，并对其仅行判断和报警。

在现有技术中，中国专利CN200910099463.7公布了一种全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器，采用瑞利散射信号进行应力监测、拉曼散射光进行温度监测，但该方案应力大小与光纤损耗关系采用仿真模型计算，精度不高。中国专利CN201010566517.9公布的一种融合光纤布里渊频移器的分布式光纤布里渊传感器，采用布里渊技术实现温度及应力的同步测量，但该方案结构复杂，成本昂贵。中国专利CN201210059875.X公布的一种同时测量振动和温度的分布式光纤传感装置及方法，采用瑞利自相干进行振动的检测及定位，但定位精度较差。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种结构合理、生产成本低、准确可靠，特别适用于温度和振动同时检测应用环境的光纤温度振动传感器及综合监控系统和方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种光纤温度振动传感器，设有测温环路、振动相干环路以及位置判定环路，其特征在于包括设有测温环路、振动相干环路以及位置判定环路，其特征在于包括脉冲激光器、与脉冲激光器输出端相连接的2*2光耦合器、与2*2光耦合器的一路输出端经光纤延迟线相连接的第一传感光纤、输入端与2*2光耦合器的第二个输出端相连接的波分复用器、与波分复用器的COM端相连接的第二传感光纤、分别与波分复用器的输出端相连接的依次用于接收第二传感光纤输出的背向拉曼反斯托克斯光信号、背向拉曼斯托克斯光信号以及瑞利散射信号的背向反斯托克斯信号光电接收模块、背向斯托克斯信号光电接收模块、瑞利散射信号光电接收模块，与2*2光耦合器的输出端相连接的用于接收由第一传感光纤以及第二传感光纤输出的两路背向瑞利散射信号相干后信号的相干光信号光电接收模块，分别与背向反斯托克斯信号光电接收模块、背向斯托克斯信号光电接收模块、瑞利散射信号光电接收模块以及相干光信号光电接收模块的输出端相连接的数据采集单元。

本发明中所述数据采集单元中设有用于接收背向反斯托克斯信号光电接收模块、背向斯托克斯信号光电接收模块、瑞利散射信号光电接收模块输出的电信号的背向光接收电路、输出端分别与脉冲激光器、背向光接收电路、以及间隔采集电路相连接的脉冲触发电路，输入端与相干光信号光电接收模块相连接的间隔采集电路，与背向光接收电路输出端相连接的累加处理电路，以及分别与累加处理电路、间隔采集电路相连接的上传电路。

本发明中脉冲光纤激光器的中心波长可以为1550nm，脉冲宽度10ns，重复频率10KHz，峰值功率20W，谱宽0.1nm；2*2光纤耦合器，对应的中心波长为1550nm，分光比为50：50，插入损耗<0.7dB；对应的波分复用器由中心波长1450nm的背向拉曼反斯托克斯散射光宽带滤波片、中心波长1660nm的背向拉曼斯托克斯散射光宽带滤波片和Rayleigh散射光滤波片，以及与Rayleigh散射光滤波片相连的1*2耦合器构成；数据采集单元，采样率分为100MSPS和10KSPS，100MSPS采样率对应的模拟输入通道数为3，10KMSPS采样率对应的模拟输入通道数为1，ADC精度为12bits。

本发明中所述测温环路由脉冲激光器、波分复用器、第二传感光纤、背向反斯托克斯光电接收模块、背向斯托克斯光电接收模块和数据采集单元组成。

本发明中所述振动相干环路由脉冲激光器、2*2耦合器、光纤延迟线、波分复用器、第一传感光纤、背向瑞利散射信号光电接收模块和数据采集单元组成。

本发明所述位置判定电路由脉冲激光器、波分复用器、第一传感光纤、第二传感光纤、光电接收模块和数据采集单元组成。