[發(fā)明專利]融合光纖拉曼頻移器和拉曼放大器的全分布式光纖傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210038828.7
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102589459A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)谛?/a>;康娟;張文平;李晨霞;余向東;王劍鋒;張文生;金尚忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式光纖瑞利與拉曼散射光子應(yīng)變、溫度傳感器。

背景技術(shù)

近年來發(fā)展起來的光纖傳感網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)大型土木工程、電力工程、石化工業(yè)、交通橋梁、隧道、地鐵站、大壩、大堤和礦業(yè)工程等安全健康監(jiān)控和災(zāi)害的預(yù)報(bào)和監(jiān)測。光纖傳感器有兩大類：一類是以光纖光柵（FBG）和光纖法白（F-P）等點(diǎn)式傳感器“掛”（布設(shè)）在光纖上，采用光時(shí)域技術(shù)組成的準(zhǔn)分布式光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)分布式光纖傳感器網(wǎng)的主要問題是在點(diǎn)式傳感器之間的光纖僅是傳輸介質(zhì)，因而存在檢測“盲區(qū)”；另一類利用光纖的本征特性，光纖瑞利、拉曼和布里淵散射效應(yīng)，采用光時(shí)域（OTDR）技術(shù)組成的全分布光纖傳感器網(wǎng),測量應(yīng)變和溫度。全分布光纖傳感器網(wǎng)中的光纖既是傳輸介質(zhì)又是傳感介質(zhì),不存在檢測盲區(qū)。

張?jiān)谛岢龅摹度植际焦饫w瑞利與拉曼散射光子應(yīng)變、溫度傳感器》（中國發(fā)明專利,?專利號：200910099463.7，2010年9月29日授權(quán)）提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、信噪比好，可靠性好的分布式光纖瑞利與拉曼散射光子應(yīng)變、溫度傳感器，適用于中、短程0-15km全分布式光纖傳感網(wǎng)的檢測范圍。但已不能完全滿足近年來石油管道、傳輸電力電纜的安全健康監(jiān)測，對遠(yuǎn)程、超遠(yuǎn)程全分布式光纖瑞利、拉曼和布里淵散射應(yīng)變、溫度傳感網(wǎng)的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種融合光纖拉曼頻移器和拉曼放大器的全分布式光纖傳感器，本發(fā)明為結(jié)構(gòu)簡單、信噪比好、可靠性好的超遠(yuǎn)程100km分布式光纖瑞利與拉曼散射光子應(yīng)變、溫度傳感器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種融合光纖拉曼頻移器和拉曼放大器的全分布式光纖傳感器，包括光纖脈沖激光器，光纖拉曼頻移器由單模光纖和1660nm激光片組成，光纖波分復(fù)用器，光纖耦合器，光纖拉曼激光器，傳感光纖，光纖窄帶反射濾光器，光電接收模塊，數(shù)字信號處理器和工控機(jī)。光纖脈沖激光器發(fā)出激光進(jìn)入光纖拉曼頻移器，經(jīng)頻移13.2THz到1660nm波段，作為寬光譜光源激光進(jìn)入光纖波分復(fù)用器，光纖波分復(fù)用器具有四個(gè)端口，它的輸入端口與光纖拉曼頻移器輸出端口相連，COM輸出端口經(jīng)光纖窄帶反射濾光器和光纖耦合器與傳感光纖相連；?光纖拉曼激光器，光纖耦合器與傳感光纖組成C波段光纖拉曼放大器，在傳感光纖中產(chǎn)生的1660nm波段寬光譜反向瑞利散射光經(jīng)1450nm光纖窄帶反射濾光器和光纖波分復(fù)用器的一個(gè)輸出端口與光電接收模塊的一個(gè)輸入端口相連，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換放大后輸入數(shù)字信號處理器的一個(gè)端口；?在傳感光纖中產(chǎn)生的，經(jīng)拉曼放大器放大的1550nm波段寬光譜反向反斯托克斯拉曼散射光經(jīng)1450nm光纖窄帶反射濾光器和光纖波分復(fù)用器的另一個(gè)輸出端口與光電接收模塊的另一個(gè)輸入端口相連，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換放大后輸入數(shù)字信號處理器的另一個(gè)端口，數(shù)字信號處理器與工控機(jī)相連。經(jīng)數(shù)字信號處理器與工控機(jī)解調(diào)，利用光纖瑞利散射強(qiáng)度受光纖應(yīng)變調(diào)制的原理，檢測光纖的形變和斷裂，基于光纖反斯托克斯拉曼光強(qiáng)度受光纖溫度調(diào)制的原理，采用光纖反斯托克斯拉曼光強(qiáng)度與光纖瑞利散射光強(qiáng)度比檢測光纖溫度，并扣除應(yīng)變的影響，相互間不存在交叉效應(yīng)。

所述的融合光纖拉曼頻移器的超遠(yuǎn)程全分布式光纖傳感器，其特征是高功率脈沖激光器的中心波長為1550nm，光譜寬度為0.1nm，激光脈沖寬度為10-30ns可調(diào)，峰值功率為1-1kW可調(diào)，重復(fù)頻率為500Hz-800Hz可調(diào)。

所述的融合光纖拉曼頻移器的超遠(yuǎn)程全分布式光纖傳感器，其特征是采用光纖拉曼頻移器，它由1km單模光纖和1660nm帶通濾光片組成，濾光片中心波長為1660nm，光譜帶寬28nm，透過率98%，對1550nm激光的隔離度>45dB。

光纖拉曼頻移器將1550nm波段光纖激光器頻移13.2THz到1660nm波段，并拓寬了激光的光譜帶寬，作為全分布式光纖傳感器的寬光譜光源。

所述的融合光纖拉曼頻移器，拉曼放大器的全分布式光纖傳感器，其特征是光纖波分復(fù)用器，它具有1660nm激光輸入端口，COM輸出端口，1550nm輸出端口和1660nm輸出端口等四個(gè)端口。

所述的融合光纖拉曼頻移器，拉曼放大器的全分布式光纖傳感器，其特征是光纖耦合器的一端與光纖拉曼激光器相連，另外兩端分別與傳感光纖和光纖窄帶反射濾光器相連。

所述的融合光纖拉曼頻移器，拉曼放大器的全分布式光纖傳感器，其特征是光纖拉曼激光器的中心波長為1450.0nm，光譜帶寬0.1nm，輸出功率100-1200mW可調(diào)，由光纖耦合器，光纖拉曼激光器和傳感光纖構(gòu)成C波段光纖拉曼放大器。