[發明專利]一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統

在審

• 申請號: 202010583581.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111537069A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 朱新勇;劉永利;郭永玲;王玉建;張朝惠;初文怡;張磊;管玉超;劉虎
• 申請（專利權）人: 青島青源峰達太赫茲科技有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01N21/3581;G01N21/01;G01K11/32
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發明公開了一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，包括飛秒激光器、一級光纖分路器、太赫茲光譜單元、脈沖光調制單元、分布式光纖傳感器單元和信號采集處理單元，一級光纖分路器將飛秒激光器產生的飛秒脈沖激光分為激發光和激勵光，激發光傳輸到太赫茲光譜單元產生攜帶樣品信息的電流信號，激勵光經脈沖光調制單元調制為調制脈沖光，調制脈沖光輸送到分布式光纖傳感器單元產生攜帶溫度信息的模擬信號，信號采集處理單元采集并處理攜帶樣品信息的電流信號和/或攜帶溫度信息的模擬信號。成功將飛秒激光應用于分布式光纖溫度傳感系統中，提出了完整的飛秒脈沖光調制和管理方案，實現了對飛秒激光器的多系統復用。

技術領域：

本發明屬于太赫茲光譜和成像技術領域，具體涉及一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統。

背景技術：

全光纖太赫茲時域光譜和太赫茲成像系統作為太赫茲技術商品化程度最高的產品，源于太赫茲波的低光子能量、特殊穿透性、指紋譜特性以及全光纖耦合結構靈活性等優點，在工業無損檢測、過程質量控制等眾多場景具有廣闊的應用潛力。然而，太赫茲產品所提供的測量參數并不能完全滿足工業制造過程綜合監測從而實現提質增效的目的，太赫茲系統本身性能受溫度的影響，某些待測物質在不同溫度下會表現出不同的屬性，而現有的太赫茲時域光譜系統難以直接得到溫度參數，缺乏溫度校正和標引的太赫茲光譜數據準確性有待提高。此外，高昂的價格也往往成為制約其應用推廣的原因。

分布式光纖傳感技術作為近年來迅速發展的新型傳感技術，是伴隨著光纖技術和光纖通信技術的進步而成長起來的。光纖傳感器優勢明顯，普通單模光纖在高溫高壓、電磁輻射、腐蝕等各種惡劣環境下均可穩定工作，得益于光纖巨大的信息容量，使其作為傳感器具有傳統傳感器無法比擬的巨大優勢。在眾多光纖傳感技術中，分布式光纖溫度傳感系統(DTS)是商用化最為成熟的代表，一根長度為1000m的光纖就可實現至少1000個溫度點的實時監測，其在消防安全、電力、管道、生產過程溫度監測中取得了很好的應用效果。專利CN103207033A公開了一種同時測量溫度和應變的分光式光纖傳感裝置，窄線寬激光器產生的入射光經過隔離器后，再經過所述耦合器分為兩個支路，第一支路經所述脈沖光產生裝置調制為脈沖光，再經過所述摻餌光纖放大器放大后作為脈沖泵浦光連接所述環形器的第一端口，所述環形器的第二端口接入所述傳感光纖的一端；第二支路經過所述移頻裝置移頻作為移頻后的探測光接入所述傳感光纖的另一端，所述的環形器的第三端口連接所述光電探測器進行光電轉換，最后由所述數據采集卡和計算機得到所述傳感光纖的布里淵頻移量；所述兩個窄線寬激光器為不同時接入的不同波長的窄線寬激光器，在工作時首先接入第一個波長下的窄線寬激光器進行測量，然后再接入第二個波長下的窄線寬激光器進行測量。

發明內容：

本發明目的在于克服現有技術存在的缺點，目的一在于提供一種可同時進行太赫茲光譜和成像以及分布式溫度測量的綜合監測系統，以克服當前兩獨立系統測量參數單一，性價比不高的缺陷，目的二在于提供一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，將溫度參數引入太赫茲分析過程中，實現太赫茲系統的溫度校正，同時將分析得到的結果與溫度對應，提高結果的準確性。

為了實現上述目的，本發明涉及的一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統包括飛秒激光器、一級光纖分路器、太赫茲光譜單元、脈沖光調制單元、分布式光纖傳感器單元和信號采集處理單元，一級光纖分路器與飛秒激光器連接，將飛秒激光器產生的飛秒脈沖激光分為激發光和激勵光，一級光纖分路器的激發光輸出端與太赫茲光譜單元連接，激發光傳輸到太赫茲光譜單元產生攜帶樣品信息的電流信號，一級光纖分路器的激勵光輸出端與脈沖光調制單元連接，激勵光經脈沖光調制單元調制為調制脈沖光，分布式光纖傳感器單元與脈沖光調制單元連接，調制脈沖光輸送到分布式光纖傳感器單元產生攜帶溫度信息的模擬信號，信號采集處理單元分別與太赫茲光譜單元和分布式光纖傳感器單元連接，采集并處理攜帶樣品信息的電流信號和/或攜帶溫度信息的模擬信號。其中，脈沖光調制單元和分布式光纖傳感器單元構成分布式溫度傳感系統，