[發(fā)明專利]單端雙波長高精度分布式光纖溫度傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010526147.6
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102012281A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 楊斌;皋魏;席剛;仝芳軒;周正仙
• 申請（專利權）人: 上海華魏光纖傳感技術有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G02B27/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及光傳感技術領域，具體地說是一種單光源雙端輸入探測型分布式光纖溫度傳感器的設計方案。?

背景技術

分布式光纖溫度傳感器問世以來，至今已經(jīng)出現(xiàn)了許多商業(yè)化產品，然而所達到的指標在許多場合下仍不能滿足要求。尤其是分布式光纖溫度傳感器的測量精度和防區(qū)空間分辨率，目前測量精度和防區(qū)空間分辨率最高的指標水平對應為1℃和0.1m，且大多仍處于研發(fā)階段。?

光纖傳感器的基本原理是：由光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖進入調制區(qū)，在被測對象的作用下，光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等光學性質發(fā)生了變化，使它成為被調制了的信號，再經(jīng)過光纖送入光探測器和電信號處理裝置，最終獲得待測對象的信息。?

通常，為了使分布式光纖拉曼溫度傳感器產品的空間分辨率技術達到小于等于1m，光源需產生小于等于10ns的脈沖光，而且單個波長光脈沖不能太大，否則拉曼散射光將發(fā)生非線性現(xiàn)象，從而導致散射光信號很弱，故通過直接提供超窄脈沖(小于10ns)光源的做法在光探測時存在很大難度。?

近年來，分布式光纖拉曼溫度傳感器產品的空間分辨率技術已達到1m，但還不能滿足石化管道、電力高壓開關和電力電纜熱保護等領域實現(xiàn)分米級的空間分辨率的應用要求，雖然可以采用光纖繞組的點探頭測溫，但受熱區(qū)的隨機性，無法預計。另一方面分布式光纖拉曼溫度傳感器產品的測溫精度已達到小于?1℃，但還滿足不了石化反應0.1℃的需要。?

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種單端雙波長高精度分布式光纖溫度傳感器，其采用的技術方案為：脈沖驅動器連接兩個波長不同的光源，兩個光源發(fā)出的光經(jīng)過一個合波器合為一束，從光分路器中進入傳感光纖；光分路器連接兩個濾波器，用于把傳感光纖中產生的后向拉曼散射光分離為攜帶溫度信號的反斯托克斯(Anti-stokes)光和作為參考信號的斯托克斯(Stokes)光。?

本發(fā)明采用兩個波長不同的光源，通過脈沖驅動器同步控制，發(fā)出兩束脈沖寬度不同的脈沖光，利用第一組脈沖光，與第二脈沖光源產生的后向散射光信號相比較，此時，被脈沖驅動器同步驅動的各脈沖光源的脈沖寬度以及各脈沖寬度的差異是決定空間分辨率的主要因素。脈沖寬度差越小，對應的空間分辨率越高，對比所獲得的各組拉曼散射光，從而可以測量物理量。根據(jù)該測量物理量，從而可以在很短的光纖區(qū)間中測量檢測信號，由此，可大幅提高空間分辨率。?

采用后向散射探測方法，由脈沖驅動器同步產生兩個不同脈沖寬度t1和t2的窄光脈沖，即光探測脈沖。兩個光探測脈沖的寬度差確定了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨率，光探測器在某個時刻探測到的光能量是與光脈沖寬度對應的一段光纖的后向散射光能量的貢獻總和，因此由光脈沖寬度差就決定了一個空間分辨率，這樣兩個不同脈沖寬度t1和t2的窄光脈沖可選用比較寬的光脈沖，而系統(tǒng)的空間分辨率卻僅由光脈沖寬度差(t1-t2)決定，在同樣空間分辨率下能提高激光脈沖寬度而獲得更好的信噪比，對單個激光脈沖的峰值功率要求的降低又可有效地防止光纖非線性效應。。?

本發(fā)明的單端雙波長高精度分布式光纖溫度傳感器，利用兩個不同波長不?同光脈沖寬度的光源同步產生自發(fā)拉曼散射效應和光時域反射原理，利用合波器的波長分光合光功能，巧妙地將后向散射反斯托克斯(Anti-stokes)光、斯托克斯(Stokes)光融合在一起，增強了光纖中攜帶的溫度信息的拉曼散射光的強度；提高了傳感器系統(tǒng)的信噪比，使得系統(tǒng)溫度的測量精度提高，空間分辨率更高。?

兩不同光脈沖經(jīng)光纖傳輸至合波器的入射端，經(jīng)過光分路器進入傳感光纖，在傳感光纖中產生的后向散射光再經(jīng)由光分路器進入兩個濾波器，分離后得到攜帶溫度信號的反斯托克斯拉曼散射合波光和作為參考信號的斯托克斯散射光，自此便完成了光信號的提取工作。?

進一步地，分離后得到攜帶溫度信號的反斯托克斯拉曼散射合波光和作為參考信號的斯托克斯散射光，再接入高速高精度分布式測溫處理主機進行光電信號處理、分析計算，便最終得到對應點的溫度場信息。?

所述的合波器為波分復用器等具有合波功能的元器件；所述的光分路器為光纖耦合器或者光纖環(huán)形器等具有分光功能的元器件?

進一步地，所述脈沖驅動器還包括同步信號輸出端，將同步信號經(jīng)由裝置外殼的同步信號輸出口輸出。所述同步信號是與激光器輸出的光脈沖同步輸出的電脈沖信號，它可通知高速高精度分布式測溫處理主機開始A/D信號采集。?