[發明專利]一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置

無效

• 申請號: 201110459224.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN103759852A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 楊斌
• 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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，尤其涉及一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置。

背景技術

在分布式光纖傳感器中，利用光纖自發拉曼散射光強度受溫度調制的原理和光時域反射原理制成的分布式光纖拉曼溫度傳感器，具有廣闊的應用市場。由于光在光纖中傳輸時光功率會發生損耗，以及受傳感器系統信噪比的限制，測量長度一直不能滿足需要。

國家知識產權局2008年4月16日公開的名為“超遠程分布式光纖拉曼與布里淵光子傳感器”的發明專利中公開了一種遠程分布式光纖溫度傳感器，該分布式光纖溫度傳感器利用光纖受激拉曼散射效應，通過在傳感器中嵌入光纖拉曼放大器，放大接收到的后向拉曼散射光，可以實現100km的測量距離。然而脈沖光在光纖中傳輸時，隨著光功率的衰減，當衰減到某個值后就不能產生拉曼散射光或者非常微弱，所以遠距離處的光纖內無拉曼散射光或者微弱的拉曼散射光無法到達該分布式光纖溫度傳感器的光纖拉曼放大器內。

該發明公布的分布式光纖溫度傳感器并不能從根本上解決長距離測量帶來的測量不精確問題，且在實際應用中，光纖拉曼放大器價格昂貴，大大提高了設備的成本。

發明內容

為了解決現有分布式光纖溫度傳感裝置測量距離不夠長的問題，本發明提供一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置。

本發明的目的是這樣實現的：一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括主機和傳感光纖，其特征在于：在傳感光纖上間隔嵌入集成光中繼放大光模塊。

所述集成光中繼放大光模塊包括一個輸入端和一個輸出端，其作用是分別連接前后兩段傳感光纖，放大經前段傳感光纖損耗的脈沖激光并注入到后段傳感光纖中。

所述集成光中繼放大光模塊由光放大器、光纖波分復用耦合器和光纖環形器組成，前段傳感光纖和光纖波分復用耦合器的輸入端相連，光纖波分復用耦合器的輸出端和光放大器的輸入端相連，光放大器的輸出端和光纖環形器的輸入端相連，光纖環形器的一個輸出端和后段傳感光纖相連，另一輸出端即反饋端和光纖波分復用耦合器相連。

所述光纖環形器和光纖波分復用耦合器也可以采用光纖耦合器代替。

所述集成光中繼放大光模塊有N塊，可以實現N級級聯，從而真正實現分布式光纖溫度傳感裝置的超遠程測量。

所述主機由大功率窄脈沖光源、光纖拉曼耦合器、第一光接收模塊、第二光接收模塊、AD采集卡、微處理器組成，大功率窄脈沖光源的輸出端和光纖拉曼耦合器的輸入端通過光纖相連，光纖拉曼耦合器的反饋端和傳感以光纖相連，光纖拉曼耦合器的兩個輸出端分別和第一光接收模塊、第二光接收模塊相連，第一光接收模塊和第二光接收模塊的輸出端分別和AD采集卡的兩個輸入端相連，AD采集卡的輸出端和微處理器相連。

所述AD采集卡是雙通道高速高精度分布式測溫專用AD采集卡。

后向拉曼散射光分為攜帶溫度信號的后向反斯托克斯拉曼散射光(Anti-stokes)和作為參考信號的后向斯托克斯拉曼散射光(Stokes)。光纖拉曼耦合器內含有Anti-stokes濾光片和Stokes濾光片，能將接收到的后向喇漫散射光分離為Anti-stokes光和Stokes光。

大功率窄脈沖激光光源發出的窄脈沖激光通過光纖拉曼耦合器注入到傳感光纖中，在傳感光纖上間隔嵌有N塊集成光中繼放大光模塊，在光纖中損耗的窄脈沖激光在集成光中繼放大光模塊中放大，增強了后段傳感光纖中自發后向拉曼散射光的強度。N只級聯的集成光中繼放大光模塊使傳感光纖分段分時進行測量，可以實現N×L(每段傳感光纖的長度)距離的溫度監測。在傳感光纖中產生的后向拉曼散射光經光纖拉曼耦合器分離，得到攜帶溫度信號的后向Anti-stokes光和作為參考信號的后向Stokes光，自此便完成了光信號的接收工作。

從Anti-stokes濾波片分離出來的Anti-stokes光和Stokes濾波片分離出來的Stokes光再分別進入第一光接收模塊和第二光接收模塊進行光電轉換，再經前級放大電路放大，從而完成信號的光電探測工作。此時信號已由光功率形式轉換成電平形式。拉曼散射信號Anti-stokes和Stokes的輸出電壓值與AD采集卡的模擬輸入相匹配。

第一光電接收模塊和第二光電接收模塊的輸出端分別接入AD采集卡進行模數轉換及數據預處理，從而得到數據預處理結果，再由微處理器對數據預處理結果進行信號處理、分析計算，便最終得到對應點的溫度場信息。