[發(fā)明專利]色散與損耗光譜自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010145912.X
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN101825498A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)谛?/a>;王劍鋒;余向東;張文生;張文平;牛曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G02B6/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及色散與損耗光譜自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器，屬于光纖 傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，利用光纖拉曼散射光強(qiáng)度受溫度調(diào)制的效應(yīng)和光時(shí)域反射(OTDR) 原理研制成分布式光纖拉曼溫度傳感器，它可以在線實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)現(xiàn)場的溫度和溫 度變化的取向，在線監(jiān)測現(xiàn)場溫度的變化，在一定的溫度范圍設(shè)置報(bào)警溫度， 是一種本質(zhì)安全型的線型感溫探測器，組成光纖傳感網(wǎng)，已在電力工業(yè)、石化 企業(yè)、大型土木工程和在線災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域成功地應(yīng)用。

光纖拉曼散射的頻移為13.2THz，因此光纖的反斯托克斯拉曼散射光與斯托 克斯拉曼散射光的波長差較大，由于光纖的色散，光纖的背向反斯托克斯拉曼 散射光與斯托克斯拉曼散射光在光纖中傳播速度不同，因此造成光纖反斯托克 斯拉曼散射光與斯托克斯拉曼散射光的時(shí)域反射曲線的“差步”或“走散”現(xiàn)象，通 常在分布式光纖拉曼溫度傳感器中用光纖的背向斯托克斯拉曼散射光的時(shí)域反 射信號(hào)來解調(diào)反斯托克斯拉曼散射光的時(shí)域反射信號(hào)，獲得光纖各段的溫度信 息，兩個(gè)不同波長的光時(shí)域反射信號(hào)的“差步”或“走散”現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的空間 分辨率和測溫精度，甚至造成測量錯(cuò)誤。由于各個(gè)波段的光纖損耗是不同的， 即光纖損耗存在光譜效應(yīng)，在分布式光纖拉曼溫度傳感器中用反斯托克斯拉曼 散射光作為測量溫度信號(hào)通道，用斯托克斯拉曼散射光作為測量溫度參考通道， 由于兩個(gè)通道在不同波段，測溫光纖的損耗不同，在測溫系統(tǒng)中用斯托克斯拉 曼參考通道解調(diào)反斯托克斯拉曼信號(hào)時(shí)，溫度解調(diào)曲線出現(xiàn)非線性現(xiàn)象，而造 成的測溫誤差，降低了測溫精度。另一方面在現(xiàn)場使用測溫光纖、光纜，容易 引起彎曲和受壓拉伸造成的由于光纖的非線性現(xiàn)象造成各個(gè)波段的損耗不同， 而且光纖、光纜產(chǎn)生的彎曲和受壓拉伸大小和位置均有隨機(jī)性，難以人為校正， 需要采用自校正的辦法。

2007年，Chung?E.Lee等提出了一個(gè)解決方案，“Methods?and?Apparatus?for Dual?Source?Calibration?for?Distributed?Temperature?Systems”獲得了美國專利(No. US2007/0223556A1)，專利中采用了雙光源，通過光纖開關(guān)時(shí)分交替的輸出同一 波段的主激光器的光纖背向反斯托克斯拉曼散射波與副激光器的光纖斯托克斯 拉曼散射波，通過副激光器的光纖斯托克斯拉曼散射波解調(diào)主激光器的光纖背 向反斯托克斯拉曼散射波，得到光纖各段的溫度信息。這種雙程的拉曼散射光 時(shí)域反射信號(hào)，雖然回波處于同一波段，但入射波處于主激光器波長和副激光 器波長兩個(gè)相隔雙拉曼位移的波長，還無法完全校正光纖色散和光纖損耗光譜 的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠的色散與損耗光譜自校 正分布式光纖拉曼溫度傳感器，可以自校正光纖的色散與損耗光譜以及由于在 現(xiàn)場使用測溫光纖光纜的彎曲和受壓拉伸而造成的非線性損耗。

本發(fā)明的色散與損耗光譜自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器，其特征是包 括由驅(qū)動(dòng)電源，電子開關(guān)、主激光器和副激光器組成的雙拉曼位移波長的雙光纖 脈沖激光器模塊，主激光器和副激光器的輸出端分別與第一合波器的輸入端相 連，第一合波器的輸出端與雙向耦合器的輸入端相連，雙向耦合器的輸出端與 多模光纖的輸入端相連，多模光纖的背向瑞利散射和拉曼散射回波通過雙向耦 合器進(jìn)入集成型光纖波分復(fù)用器的輸入端，集成型光纖波分復(fù)用器有三個(gè)輸出 端口，第一個(gè)輸出端口為拉曼散射峰的中心波長輸出端口，第二個(gè)輸出端口為 主激光器波長的光纖背向瑞利散射波輸出端口，第三個(gè)輸出端口為副激光器波 長的光纖背向瑞利散射波輸出端口，集成型光纖波分復(fù)用器的第一個(gè)輸出端口 與直接檢測系統(tǒng)的一個(gè)輸入端相連，集成型光纖波分復(fù)用器的第二個(gè)輸出端口 和第三個(gè)輸出端口分別與第二合波器的兩個(gè)輸入端相連，第二合波器的輸出端 與直接檢測系統(tǒng)的另一個(gè)輸入端相連，直接檢測系統(tǒng)的輸出端與信號(hào)采集處理 系統(tǒng)的輸入端相連，信號(hào)采集處理系統(tǒng)給出光纖各段的溫度值由顯示器顯示。

上述的雙拉曼位移波長的雙光纖脈沖激光器模塊中的主激光器可采用中心 波長為980nm、光譜寬度為1nm、激光脈沖寬度為18ns、峰值功率為7W的光 纖脈沖激光器；副激光器可采用中心波長為905nm、光譜寬度為1nm、激光脈 沖寬度為18ns、峰值功率為8W的光纖脈沖激光器，主激光器和副激光器由電 子開關(guān)按設(shè)定時(shí)間間隔切換輪流工作。