[發(fā)明專利]基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811222998.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109211433A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 喬秋曉;喬聚華;沙文廣;張凱;王曉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 威海北洋光電信息技術(shù)股份公司
• 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: 初姣姣

1.一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于通過獲得參考信號、拉曼斯托克斯信號和反斯托克斯信號的頻域信息，得到斯托克斯和反斯托克斯的傳遞函數(shù)，后經(jīng)過傅里葉逆變換得到溫度和位置信息，包括：泵浦光源、調(diào)制器、分光比為1:99的分光器、波分復用器、定標光纖、感溫探頭、傳感光纖、參考光探測器、2個信號光探測器、放大模塊、采集卡、控制模塊、上位機。其中泵浦光源激光輸出與調(diào)制器一端相連接，調(diào)制器另一端連接分光比為1:99的分光器的輸入端，分光比為1:99的分光器的1％輸出端作為參考信號與參考光探測器相連接，分光比為1:99的分光器的99％輸出端與波分復用器IN端相連接；波分復用器COM端與定標光纖一端連接，定標光纖另一端連接傳感光纖連接；波分復用器的斯托克斯和反斯托克斯端分別與2個信號光探測器相連接；參考光探測器和信號光探測器輸出端連接放大模塊3個探測輸入端，放大模塊3個模擬輸出端連接采集卡3個采集通道；采集卡通信接口連接上位機，同時控制模塊控制端連接上位機，調(diào)制模塊信號調(diào)制端連接調(diào)制器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的泵浦光源采用窄線寬直流光源，輸出功率不小于400mW，中心波長為1550.12nm，光源需帶有溫控裝置，內(nèi)部設有TEC，光源驅(qū)動部分包含激光驅(qū)動電路、溫控電路和反饋電路，其中激光驅(qū)動電路控制激光輸出功率，溫控電路控制TEC加熱或制冷，保證激光器溫度恒定，反饋電路主要通過激光器自帶PD輸出信號判斷激光器是否正常。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的調(diào)制器采用聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器，按照等距頻率對泵浦光源進行正弦調(diào)制，對光源的最大調(diào)制頻率不小于100MHz，可通過外部控制電路進行調(diào)制頻率控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的波分復用器為模塊化設計，內(nèi)部設有3個不同波長的WDM組成，其中包含1550nmWDM、1450nmWDM和1660nmWDM，其中1550nmWDM透射端作為模塊IN端口，公共端作為模塊COM端口，反射端與1450nmWDM的公共端相連，1450nmWDM的透射端作為模塊的反斯托克斯端口，反射端與1660nmWDM的公共端相連，1660nmWDM透射端作為模塊的斯托克斯端口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的定標光纖和傳感光纖應保持型號一致，且定標光纖中設計溫度探頭，能夠?qū)崟r讀取定標光纖所處環(huán)境問題，用于溫度計算時標定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的參考光探測器采用PIN光電二極管實現(xiàn)，接收光為光源直接分出光，采用常規(guī)PIN探測器即可實現(xiàn)，此處設計采用帶溫控器件或包含外部恒溫保護裝置的InGaAs光電二極管實現(xiàn)，以保證探測器工作不受環(huán)境溫度等因素影響。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的信號光探測器采用雪崩光電二極管(APD)實現(xiàn)，系統(tǒng)中的拉曼散射信號非常微弱，需要高靈敏度探測器，此處設計采用帶溫控器件或包含外部恒溫保護裝置的InGaAs-APD實現(xiàn)，使用時需要外圍高壓模塊驅(qū)動。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的放大電路主要實現(xiàn)探測模擬信號放大，其中包含探測器的跨阻放大和增益放大兩部分，放大電路帶寬不小于200M，光電轉(zhuǎn)換約為10⁶V/W。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻域解析的分布式光纖溫度傳感裝置，其特征在于所述的采集卡為高速數(shù)據(jù)采集卡，采集通道不少于3路，采樣頻率不小于200MSPS，通信接口采用PCIE高速傳輸；所述的控制電路為調(diào)制正弦信號輸出電路，按照等距步長增加正弦調(diào)制頻率控制，直至達到最大調(diào)制頻率；所述上位機主要實現(xiàn)采集信號解調(diào)、溫度信號修正和工作狀態(tài)控制等，可采用PC設備或嵌入式設備實現(xiàn)。