基于光纤的温度监测方法以及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤的温度监测方法以及系统，所述温度监测方法包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。通过上述方式，能够方便、精确地电缆温度进行监测，且结构简单、布设方便、耐高温，能够有效降低监测成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感
，特别是涉及一种基于光纤的温度监测方法以及系统。
技术介绍
地下电缆的安全检测直接关系到周边安全，可通过多种指标来体现。温度监测是其中比较关键的一个因素。目前常用的电缆温度检测系统主要有感温电缆式测温系统以及热敏电阻式测温系统。感温电缆式测温系统是将感温电缆与电缆平行安放,当电缆温度超过固定温度值时,感测电缆被短路，但是该系统只能是一次性使用，不能对数量较多的电缆进行检测，而且系统安装以及维护也不方便，设备比较容易损坏，也不能进行温度显示，因此，该系统不能进行早期故障预测且不能进行温度趋势分析。热敏电阻是测温系统，虽然可以对温度进行显示，但是由于其每个热敏电阻都需要独立的接线、布线，不仅操作复杂且热敏电阻容易损坏，加之其数量本身较大，因此，维护工作量巨大，成本高。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于光纤的温度监测方法以及系统，能够方便、精确地电缆温度进行监测，且结构简单、布设方便、耐高温，能够有效降低监测成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于光纤的温度监测方法，所述温度监测方法包括：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。其中，所述通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度的步骤之后还包括：获取参考光纤的测量温度以及实际温度；其中，所述参考光纤设置在所述光信号的传输路径上，所述参考光纤的测量温度的获取方式与所述测量点的测量温度的获取方式相同；参考所述参考光纤的测量温度与实际温度之间的关系，由所述测量点的测量温度得到所述测量点的实际温度。其中，所述参考所述参考光纤的测量温度与实际温度之间的关系，由所述测量点的测量温度得到所述测量点的实际温度的步骤包括：根据公式1：求得所述测量点的实际温度T，其中，所述R(T)为所述测量点的测量温度，所述R(T0)为所述参考光纤的测量温度，所述T0为所述参考光纤的实际温度，h为普朗克常数，c为光速，μ为波尔兹曼常数，所述k为玻尔兹曼常数，其中，K＝1.3806488(13)×10^-23J/K。其中，所述温度检测方法还包括：判断所述测量点当前的实际温度与之前得到的实际温度间是否发生超过设定值的变化；若是，则发出所述测量点的温度发生变化的警报。其中，所述第一电信号为第一电压值，所述第二点信号为第二电压值，所述通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度的步骤具体包括：根据所述第一电压值以及第二电压值分别获取所述第一频率光的
第一光强以及第二频率光的第二光强；将所述第一光强和所述第二光强的比值确定为所述测量点的测试温度。其中，在所述分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号的步骤之后，所述方法还包括：对所述第一电信号以及第二电信号分别进行卡尔曼滤波。其中，所述获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光的步骤之后，还包括：通过所述返回的拉曼散射光的传输时间以及所述拉曼散射光的传输速度，确定所述测量点的位置。其中，所述对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光的步骤具体包括：将50％的拉曼散射光信号耦合到所述分光器中，以得到第一频率光以及第二频率光，其中，所述第一频率光为斯托克斯光，所述第二频率光为反斯托克斯光。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种基于光纤的温度监测系统，所述温度监测系统包括：传感光纤、光耦合器以及光处理装置，其中所述光耦合器设置在所述传感光纤的传输路径上，所述光处理装置与所述光耦合器电路连接；所述光处理装置包括分光器、第一信号转换单元、第二信号转换单元以及信号处理单元，所述第一信号转换单元以及所述第二信号转换单元分别与所述分光器以及信号处理单元连接；所述光耦合器用于获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；所述分光器用于对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；所述第一转换单元用于对所述第一频率光进行光电转换，得到第一电信号；所述第二转换单元用于对所述第二频率光进行光电转换，得到第二电信号；所述信号处理单元用于通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。其中，所述信号处理单元还用于获取参考光纤的测量温度以及实际温度；其中，所述参考光纤设置在所述光信号的传输路径上，所述参考光纤的测量温度的获取方式与所述测量点的测量温度的获取方式相同；参考所述参考光纤的测量温度与实际温度之间的关系，由所述测量点的测量温度得到所述测量点的实际温度。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实施方式首先获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光，再对至少部分拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光，分别对第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号，最后通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。通过上述方式，不仅可以精确地对传感光纤的测量点进行精确定位，在实际测量中，精度可以达到0.67米。而且将光纤本身作为传感器，实现真正的分布式测量，在实现实时监测的同时大大降低误报和漏报率。而且，由于光纤本身完全电绝缘，因此，脉冲光在传输过程中不受任何外界环境的电磁干扰，又由于光纤传输数据量大、损耗小且不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，不仅在无需中继的情况下，可以精确的实现远程监测，还能够有效降低传感器本身的维护成本，进而降低整个监测系统的运营成本。附图说明图1是本专利技术基于光纤的温度监测方法一实施方式的流程示意图；图2是本专利技术基于光纤的温度监测方法另一实施方式的流程示意图；图3是本专利技术基于光纤的温度监测系统一实施方式的结构示意图；图4是本专利技术基于光纤的温度监测系统另一实施方式的结构示意图；图5是本专利技术基于光纤的温度监测系统再一实施方式的结构示意图。具体实施方式参阅图1，图1是本专利技术基于光纤的温度检测方法一实施方式的流
程示意图。如图1所示，本实施方式的温度监测方法包括如下步骤：101：获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光。由于光纤具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高温、抗电磁干扰等优点，本实施方式中将光管本身作为温度传感器来采集温度。适用于地下或井下如煤矿电缆温度监测等，还可以应用于其他对于温度敏感的恶劣环境，在此不做限定。为了对监测点的温度进行测量，激光发生器在传感光纤的起始位置发出激光，该激光在光脉冲调制器的调制作用下，形成设定周期和持续时间的短的脉冲光，该脉冲光在通过光耦合器在传感光纤上传播。在脉冲光的传输过程中，由于脉冲光与光纤分子发生相互作用，发生多种形式的散射，如由光纤分子的热振动和光子作用发生能量交换而形成的拉曼散射。不同距离点的散射光信号会有部分沿着传输光路返回至光耦合器。对应地，通过光耦合器获取传感光纤的测量点返回的光信号，如拉曼散射光。102：对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光。拉曼散射光在产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤的温度监测方法，其特征在于，所述温度监测方法包括:获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤的温度监测方法，其特征在于，所述温度监测方法包括:获取传感光纤的测量点返回的拉曼散射光；对至少部分所述拉曼散射光进行分光得到第一频率光以及第二频率光；分别对所述第一频率光和第二频率光进行光电转换，得到第一电信号以及第二电信号；通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度。2.根据权利要求1所述的温度监测方法，其特征在于，所述通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度的步骤之后还包括：获取参考光纤的测量温度以及实际温度；其中，所述参考光纤设置在光信号的传输路径上，所述参考光纤的测量温度的获取方式与所述测量点的测量温度的获取方式相同；参考所述参考光纤的测量温度与实际温度之间的关系，由所述测量点的测量温度得到所述测量点的实际温度。3.根据权利2所述的温度监测方法，其特征在于，所述参考所述参考光纤的测量温度与实际温度之间的关系，由所述测量点的测量温度得到所述测量点的实际温度的步骤包括：根据公式1：求得所述测量点的实际温度T，其中，所述R(T)为所述测量点的测量温度，所述R(T0)为所述参考光纤的测量温度，所述T0为所述参考光纤的实际温度，h为普朗克常数，c为光速，μ为波尔兹曼常数，所述k为玻尔兹曼常数，其中，K＝1.3806488(13)×10^-23J/K。4.根据权利要求2所述的温度监测方法，其特征在于，还包括：判断所述测量点当前的实际温度与之前得到的实际温度间是否发生超过设定值的变化；若是，则发出所述测量点的温度发生变化的警报。5.根据权利1所述的温度监测方法，其特征在于，所述第一电信号为第一电压值，所述第二点信号为第二电压值，所述通过所述第一电信号以及第二电信号与测量温度间的对应关系得到所述测量点的测量温度的步骤具体包括：根据所述第一电压值以及第二电压值分别获取所述第一频率光的第一光强以及第二频率光的第二光强；将所述第一光强和所述第二光强的比值确定为所述测量点的测试温度。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，刘博宇，聂鑫，刘本刚，李建彬，
申请(专利权)人：深圳艾瑞斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44