[實用新型]具有小芯徑多模光纖的拉曼分布式溫度傳感器

有效

• 申請號: 201821189323.X
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN208537052U
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 何祖源;馬麟;劉銀萍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種具有小芯徑多模光纖的拉曼分布式溫度傳感器，將長度為10km以上且直徑為15?30μm的多模光纖用于溫度精確測量；本實用新型單模光纖在25km處的溫度分辨率可由6.9℃提升到1℃，多模光纖而言，在25km處的空間分辨率由2.58m提升到1.13m。結合現有的光纖拉曼系統，可在保證高溫度分辨率的同時，有效提升系統的空間分辨率，從而解決了現有光纖拉曼溫度傳感系統在長距離測量下空間分辨率與溫度分辨率相互制約的現狀，并且利用小波變換、脈沖編碼等技術可進一步提高拉曼溫度傳感系統的表現。

技術領域

本實用新型涉及的是一種光學檢測領域的技術，具體是一種基于漸變折射率分布、直徑為24μm的多模光纖的拉曼分布式溫度傳感器。

背景技術

現有的拉曼分布式溫度傳感系統中，通過檢測注入到光纖中的探測脈沖的背向自發拉曼散射光來獲取溫度信息。多模光纖具有較大的非線性閾值功率，常作為傳感光纖，但多模光纖的損耗較大，且模間色散很大，在長距離測量(大于10km)下空間分辨率嚴重退化，不足以滿足實際應用的需求。而基于單模光纖的分布式拉曼傳感技術有效模場面積較小且結構較為復雜、成本較高，需要進行分布式放大并進行復雜的信號處理。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提出一種具有小芯徑多模光纖的拉曼分布式溫度傳感器，通過設計優化來增大光纖的有效模場面積，相對于現有的單模光纖而言，在25km處的溫度分辨率可由6.9℃提升到1℃。通過調整α參數來降低光纖的模間色散，相對于多模光纖而言，在25km處的空間分辨率由2.58m提升到1.13m。結合現有的光纖拉曼系統，可在保證高溫度分辨率的同時，有效提升系統的空間分辨率，從而解決了現有光纖拉曼溫度傳感系統在長距離測量下空間分辨率與溫度分辨率相互制約的現狀，并且利用小波變換、脈沖編碼等技術可進一步提高拉曼溫度傳感系統的表現。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

本實用新型涉及一種小芯徑多模光纖，其直徑為15-30μm，長度為10km以上；折射率分布滿足其中：r為光纖任意處半徑，R為纖芯半徑，Δ為纖芯—包層折射率差，α為折射率分布系數，n₀為纖芯中心的折射率，纖芯—包層折射率差優選為0.8％-1.3％，折射率分布系數優選為1.9～2.1。

本實用新型涉及一種具有上述小芯徑多模光纖的拉曼分布式溫度傳感器，包括：依次連接的高功率激光器、帶有任意波形發生器的強度調制器、摻餌光纖放大器、光濾波器、波分復用器、所述小芯徑多模光纖以及依次串聯于波分復用器的反射端的光電轉換模塊和數據采集系統，其中：激光器的輸出光經強度調制器調制成光脈沖并依次通過摻鉺光纖放大器放大、通過光濾波器濾波后通過波分復用器注入所述小芯徑多模光纖中，由波分復用器將所述小芯徑多模光纖的自發后向拉曼散射光分為斯托克斯光和反斯托克斯光并通過光電轉換模塊采集得到輸出信號，通過數據采集系統檢測得到精確溫度信息。

所述的摻鉺光纖放大器產生的放大自發輻射噪聲由光濾波器濾除。

所述的波分復用器為62.5μm的多模光纖或單模光纖，在多模光纖的滿注入條件下，由于高階模式的激發可以增大有效模場面積以及非線性閾值功率，同時相較于傳統標準多模光纖的模式色散大大減小，因而空間分辨率得到明顯的提高；在單模光纖的準單模注入條件下，相對于單模光纖空間分辨率沒有劣化，并且提高溫度分辨率。

技術效果

與現有技術相比，本實用新型能夠解決在長測量距離下高空間分辨率和高溫度分辨率不可兼得的問題，通過使用的小芯徑多模光纖通過優化設計與拉制，獲得了大有效模場面積和小的模間色散。結合現有的光纖拉曼系統，獲得了與傳統多模光纖相比擬的溫度分辨率，同時空間分辨率基本沒有劣化，可滿足長距離測量情況下同時具備高溫度分辨率和高空間分辨率。

附圖說明

圖1為利用S14光纖折射率分析器測得的設計的小芯徑多模光纖的折射率分布圖；