[發(fā)明專利]ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110420282.0
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113091947B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李健;周新新;張明江;王晨懿;張建忠;薛曉輝;許揚(yáng);余濤;于福浩;馮凱;尹子彤;程姿嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01K11/324
• 分類號: G01K11/324
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，公開了一種ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置和方法，裝置包括ASE信號發(fā)生器，其發(fā)出ASE激光脈沖信號分為兩束，其中一束作為參考光束被第二探測器探測；另一束作為探測光束經(jīng)波分復(fù)用器后入射到傳感光纖，產(chǎn)生的后向拉曼散射光經(jīng)波分復(fù)用器、摻鉺光纖放大器后，被第一探測器探測；數(shù)據(jù)采集卡采集兩個(gè)光電探測器的探測信號后發(fā)送至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用于對ASE拉曼后向散射信號進(jìn)行時(shí)域差分信號重構(gòu)，進(jìn)行時(shí)域相關(guān)壓縮運(yùn)算，進(jìn)而定位和解調(diào)光纖沿線的溫度突變點(diǎn)信息。本發(fā)明可以達(dá)到毫米量級的空間分辨率，提高了系統(tǒng)的信噪比，溫度精度且無需定標(biāo)過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，具體是一種基于ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼傳感裝置和方法，其空間分辨率可達(dá)毫米量級。

背景技術(shù)

分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)可以連續(xù)測量傳感光纖沿線的分布式溫度特征信息。在分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)中，傳感光纖沿線的環(huán)境溫度可以對光纖中的拉曼散射光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，系統(tǒng)通過采集這些攜帶著溫度信息的拉曼散射光，經(jīng)過解調(diào)就可以得到傳感光纖沿線的溫度變化情況。分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、抗電磁干擾、檢測范圍大、溫度精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于煤礦、油氣管道、橋梁、建筑等溫度安全監(jiān)測領(lǐng)域。

在分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)中，空間分辨率是一項(xiàng)主要的技術(shù)指標(biāo)，可以反映測溫系統(tǒng)中能夠分辨光纖溫度變化的最小長度。該系統(tǒng)所用探測信號為脈沖信號，定位原理為脈沖時(shí)間飛行法，這種方法采集得到的拉曼后向散射信號并非傳感光纖L位置點(diǎn)的光強(qiáng)信息，而是大小為半個(gè)脈沖寬度的一段傳感光纖上的光強(qiáng)信息疊加，這使得傳統(tǒng)分布式拉曼傳感系統(tǒng)空間分辨率受限于脈沖寬度。

基于此，有必要發(fā)明一種全新的溫度解調(diào)方法，解決現(xiàn)有分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)空間分辨率受限于OTDR原理，導(dǎo)致其難以突破1m的技術(shù)難題，以及系統(tǒng)解調(diào)溫度前需要進(jìn)行定標(biāo)處理問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有分布式光纖拉曼傳感系統(tǒng)空間分辨率受限于OTDR原理，導(dǎo)致其難以突破1m的技術(shù)難題，以及系統(tǒng)解調(diào)溫度前需要進(jìn)行定標(biāo)處理的問題，本發(fā)明提出了一種基于ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼傳感裝置和方法，可以準(zhǔn)確識別并解調(diào)出光纖沿線溫度突變點(diǎn)信息且不需要定標(biāo)過程，最終實(shí)現(xiàn)光纖沿線的毫米量級空間分辨率測量。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括ASE脈沖信號源，光纖耦合器，波分復(fù)用器，傳感光纖，摻鉺光纖放大器，第一光電探測器，第二光電探測器，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；

所述ASE脈沖信號源發(fā)出的ASE脈沖信號經(jīng)光纖耦合器分為兩束，其中一束作為參考光束被第二探測器探測；另一束作為探測光束經(jīng)波分復(fù)用器后入射到傳感光纖，在傳感光纖中產(chǎn)生的后向拉曼散射光經(jīng)波分復(fù)用器、摻鉺光纖放大器后，被第一探測器探測；數(shù)據(jù)采集卡采集第一光電探測器，第二光電探測器的探測信號后發(fā)送至所述計(jì)算機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)用于對ASE拉曼后向散射信號進(jìn)行時(shí)域差分信號重構(gòu)，得到短尺度下的ASE拉曼后向散射信號，并通過將ASE脈沖參考信號和重構(gòu)后的ASE拉曼后向散射信號進(jìn)行時(shí)域相關(guān)壓縮運(yùn)算，進(jìn)而定位和解調(diào)光纖沿線的溫度突變點(diǎn)信息。

ASE脈沖信號源包括ASE信號發(fā)生器，隔離器，聲光調(diào)制器，脈沖信號發(fā)生器，所述ASE信號發(fā)生器發(fā)出的ASE激光經(jīng)隔離器后入射到聲光調(diào)制器，經(jīng)脈沖信號發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的聲光調(diào)制器調(diào)制后輸出ASE脈沖信號；

ASE信號發(fā)生器的工作波長為1550nm。

光纖耦合器用于將ASE脈沖信號分比為功率比為1∶99的參考光和探測光。

本發(fā)明還提供了一種基于ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感方法，采用所述的一種基于ASE時(shí)域相關(guān)壓縮的分布式光纖拉曼溫度傳感裝置實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括以下步驟：