[發明專利]基于EDFA放大技術的遠程分布式拉曼溫度傳感器

有效

• 申請號: 201210326284.4
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102818657A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 史振國;孫忠周;劉瑜
• 申請（專利權）人: 威海北洋電氣集團股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

?本發明涉及溫度傳感器，具體的說是一種能夠有效提高測溫距離及測溫準確度的基于EDFA放大技術的遠程分布式拉曼溫度傳感器。

背景技術

眾所周知，分布式拉曼溫度傳感器由于可以實現分布式的溫度測量，與傳統的點式溫度傳感器相比，在大范圍溫度場測量的應用下有明顯的優勢，因而市場需求逐年上升，成為當前研究的熱點。

????傳統分布式拉曼溫度傳感器的結構如附圖1，其工作原理是脈沖激光器發射的激光脈沖經過波分復用器進入傳感光纖，脈沖激光信號與光纖相互作用，產生背向拉曼散射信號，背向拉曼散射信號中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其波長分布如圖2所示。斯托克斯光和反斯托克斯光沿傳感光纖返回到波分復用器，被波分復用器分離后送入數據采集器，數據采集器采集并計算出斯托克斯光和反斯托克斯光的光強。由于斯托克斯光和反斯托克斯光的強度比與光纖的溫度有關，因此根據采集器采集到的斯托克斯光強和反斯托克斯光強就可以計算出傳感光纖的溫度，進一步分析獲得溫度信息。

但由于背向拉曼散射信號很弱，并且由于激光在光纖中傳輸時有損耗（如附圖3所示），所以傳感光纖末端返回的背向拉曼散射信號非常弱，兩種光信號隨距離的增加損耗的情況見圖4，進而導致傳統的分布式拉曼溫度傳感器在中遠距離的測溫過程中信噪比很差，計算出的傳感光纖末端溫度波動度很大，測溫不準確，嚴重局限了光纖測溫技術的推廣。

為了實現分布式拉曼溫度傳感器在中遠距離測溫過程中的應用，現有技術中是通過加大脈沖激光器輸出的激光脈沖的峰值功率，從而增強背向拉曼散射信號，以達到提升傳感光纖末端返回的背向拉曼散射信號的強度、實現更長的測量距離的目的，但隨著激光脈沖的峰值功率逐漸加大，背向拉曼散射信號將出現非線性效應，而一旦出現非線性效應就無法繼續使用斯托克斯光強和反斯托克斯光強進行溫度測量。因此現有的拉曼溫度傳感器的測量距離一般不超過10km，截止到2012年8月31日通過GB/T21197-2007標準檢驗的測量距離最長的分布式光纖拉曼溫度傳感器是10km。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的缺點和不足，提出一種結構合理、能夠有效提升測溫距離及測溫準確度的遠程分布式拉曼溫度傳感器。

????本發明可以通過以下措施達到：

????一種基于EDFA放大技術的遠程分布式拉曼溫度傳感器，包括輸出端與波分復用器的輸入端相連接的脈沖激光器、輸出端與傳感光纖相連接的波分復用器、與波分復用器相連接的用于采集傳感光纖內背向反射光信號的數據采集器以及傳感光纖，其特征在于至少設有兩條傳感光纖，相鄰的兩條傳感光纖之間設有兩個環形器和EDFA放大器，其中上一級傳感光纖中的信號依次經過第一環形器、EDFA放大器、第二環形器后進入下一級傳感光纖，下一級傳感光纖中的背向反射信號依次經第二環形器、第一環形器后返回上一級傳感光纖并經波分復用器送入數據采集器。

本發明中上一級傳感光纖是指相鄰的兩條傳感光纖中靠近波分復用器的一條，本發明中的環形器為三端口結構，其中上一級傳感光纖的末端和下一級傳感光纖的前端分別與第一環形器的端口一、第二環形器的端口一相連接，第一環形器的端口三與第二環形器的端口二相連接，EDFA放大器的輸入端與第一環形器的端口二相連接，輸出端與第二環形器的端口三相連接，激光脈沖信號經過上一級傳感光纖后依次經過環形器的端口一、端口二出射，進入EDFA放大器，經過放大處理后再從第二環形器的端口三進入，并從第二環形器的端口一到達下一級傳感光纖。

本發明可以根據測量距離的遠近，增加相鄰兩條傳感光纖之間EDFA放大器的數量，來增加光信號的強度，降低遠距離傳輸對信號的損耗。

????本發明在使用時，當激光脈沖經過上一級傳感光纖后，激光脈沖的峰值功率由于損耗已經較弱，此時較弱的激光脈沖經過第一環形器進入EDFA放大器，EDFA放大器將激光脈沖進行一次光放大，提高其峰值功率，然后激光脈沖再進入下一級傳感光纖，激光脈沖在上一級傳感光纖中產生的拉曼散射信號由上一級傳感光纖返回到波分復用器；激光脈沖在下一級傳感光纖中產生的背向拉曼散射信號經過第二環形器進入第一環形器，然后經上一級傳感光纖返回到波分復用器，經實施驗證，本發明提出基于EDFA放大技術的分布式拉曼溫度傳感器可以明顯提高分布式拉曼溫度傳感器的測量準確度和測溫距離。

附圖說明：

附圖1是現有技術中分布式拉曼溫度傳感器的結構示意圖。

附圖2是激光在光纖中傳輸產生的背向散射信號波長范圍分布圖。

附圖3是不同波長的光在光纖中的傳輸損耗示意圖。