[發(fā)明專利]一種單端注入多芯光纖的拉曼傳感測溫系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011005451.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112129426B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 項勇;鄭喆軒;楊華東;黨云麗;黎單馳;耿夢楣;夏濤;田艷林
• 申請（專利權(quán)）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324;G02B6/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

本發(fā)明提供一種單端注入多芯光纖拉曼傳感測溫系統(tǒng)及方法，設(shè)置信號處理模塊和扇入扇出模塊，對多芯光纖進(jìn)行測溫時從中任取兩根纖芯進(jìn)行測量，脈沖激光器產(chǎn)生泵浦脈沖，經(jīng)過波分復(fù)用器注入扇入模塊纖芯1中，通過多芯光纖芯1后，從扇出模塊纖芯1輸出并經(jīng)過單模光纖注入扇出模塊纖芯2中，通過多芯光纖芯2返回扇入模塊，構(gòu)成光纖環(huán)路；多芯光纖芯1和多芯光纖芯2產(chǎn)生的拉曼散射信號經(jīng)波分復(fù)用器濾出斯托克斯和反斯托克斯光信號，在脈沖激光器同步控制信號的觸發(fā)下，信號采集模塊同步采集拉曼散射信號，平均后的信號輸入信號處理模塊進(jìn)行溫度解調(diào)。本發(fā)明通過單端測量實現(xiàn)對纖芯1的雙端測量，消除了波長相關(guān)損耗和局部損耗對測量溫度的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測溫系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種單端注入多芯光纖實現(xiàn)雙端測量精度的拉曼傳感測溫系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

分布式拉曼光纖傳感系統(tǒng)具有測量距離長、抗電磁干擾、輕便、絕緣等諸多優(yōu)點，在電力石油管線、大型建筑、隧道橋梁等需要實時溫度監(jiān)測的領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)單端拉曼測溫方法中，將脈沖光源耦合進(jìn)入光纖，同時探測拉曼散射信號中的斯托克斯光和反斯托克斯光功率，將兩者相除便可進(jìn)行溫度解調(diào)：

其中P_as(z)和P_s(z)分別為光纖位置z處反斯托克斯和斯托克斯光功率，C_as(z)和C_s(z)是由光纖位置z決定的常數(shù)，與入射光功率、反斯托克斯波長、斯托克斯波長等相關(guān)，h為普朗克常數(shù)，Δν為拉曼散射光與入射光的頻率差，k為玻爾茲曼常數(shù)，α_as(x)、α_s(x)分別為反斯托克斯光、斯托克斯光在光纖位置x處的損耗，T(z)是光纖上的溫度分布。

單端拉曼測溫方法中，溫度解調(diào)結(jié)果包含說明測溫結(jié)果受到光纖中反斯托克斯光和斯托克斯光與位置相關(guān)的損耗影響。在核輻射等極端環(huán)境中，或者光纖受到彎曲時，反斯托克斯光和斯托克斯光損耗將會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致較大的溫度誤差。采用雙端拉曼測溫方法可以有效避免波長相關(guān)損耗導(dǎo)致的溫度誤差，傳統(tǒng)的雙端拉曼測溫方法采用光纖環(huán)路結(jié)構(gòu)，通過光開關(guān)切換，使光源從傳感光纖的首端或尾端分時注入，分別測量前向和后向的拉曼散射信號。在雙端拉曼測溫方法中，對于反斯托克斯和斯托克斯信號，分別將前向和后向測量得到的信號進(jìn)行幾何平均，得到環(huán)路反斯托克斯和斯托克斯光信號，將兩者相除便可進(jìn)行環(huán)路溫度解調(diào)：

其中P_{AS_Loop}和P_{S_Loop}分別為環(huán)路反斯托克斯和斯托克斯光信號功率，C_{AS_For}和C_{S_For}分別表示正向測量時反斯托克斯和斯托克斯光信號與位置相關(guān)的常數(shù)，C_{AS_Back}和C_{S_Back}分別表示背向測量時反斯托克斯和斯托克斯光信號與位置相關(guān)的常數(shù)。雙端拉曼測溫方法中，波長相關(guān)損耗在光纖環(huán)路上每一點都相同，為消除了波長相關(guān)損耗對局部測溫結(jié)果造成的誤差。但在實際應(yīng)用中，雙端拉曼測溫方法需要布置光纖環(huán)路，測量時需要使用光開關(guān)切換輸入端口，經(jīng)過兩次測量才能得到光纖環(huán)路上的溫度曲線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新的分布式拉曼光纖測溫系統(tǒng)及方法，克服了背景技術(shù)中所述的現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明提供一種單端注入多芯光纖拉曼傳感測溫系統(tǒng)，包括脈沖激光器、波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換模塊和信號采集模塊，設(shè)置信號處理模塊和扇入扇出模塊，所述扇入扇出模塊包括扇入模塊和扇出模塊，扇入模塊包括扇入模塊芯1，扇出模塊包括扇出模塊纖芯1和扇出模塊纖芯2，