一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括由大功率窄脈沖光源、光纖拉曼耦合器、第一光接收模塊、第二光接收模塊、AD采集卡及微處理器組成的主機和傳感光纖，其特征在于：在傳感光纖上嵌入由光放大器、光纖環形器、及光纖波分復用耦合器組成的集成光中繼放大光模塊。本發明的優點是：集成光中繼放大光模塊可以放大在傳感光纖中損耗的窄脈沖激光，增強后段傳感光纖中自發后向拉曼散射光的強度，提高分布式光纖拉曼溫度傳感器系統的信噪比；在傳感光纖中級聯N級集成光中繼放大光模塊，使得N段傳感光纜分段分時進行測量，從而提高了溫度測量精度，真正實現了分布式光纖拉曼溫度傳感器的超遠程測量。
【專利說明】一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖傳感【技術領域】，尤其涉及一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置。
【背景技術】
[0002]在分布式光纖傳感器中，利用光纖自發拉曼散射光強度受溫度調制的原理和光時域反射原理制成的分布式光纖拉曼溫度傳感器，具有廣闊的應用市場。由于光在光纖中傳輸時光功率會發生損耗，以及受傳感器系統信噪比的限制，測量長度一直不能滿足需要。
[0003]國家知識產權局2008年4月16日公開的名為“超遠程分布式光纖拉曼與布里淵光子傳感器”的發明專利中公開了一種遠程分布式光纖溫度傳感器，該分布式光纖溫度傳感器利用光纖受激拉曼散射效應，通過在傳感器中嵌入光纖拉曼放大器，放大接收到的后向拉曼散射光，可以實現IOOkm的測量距離。然而脈沖光在光纖中傳輸時,隨著光功率的衰減，當衰減到某個值后就不能產生拉曼散射光或者非常微弱，所以遠距離處的光纖內無拉曼散射光或者微弱的拉曼散射光無法到達該分布式光纖溫度傳感器的光纖拉曼放大器內。
[0004]該發明公布的分布式光纖溫度傳感器并不能從根本上解決長距離測量帶來的測量不精確問題，且在實際應用中，光纖拉曼放大器價格昂貴，大大提高了設備的成本。
【發明內容】
[0005]為了解決現有分布式光纖溫度傳感裝置測量距離不夠長的問題，本發明提供一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括主機和傳感光纖，其特征在于:在傳感光纖上間隔嵌入集成光中繼放大光模塊。
[0007]所述集成光中繼放大光模塊包括一個輸入端和一個輸出端，其作用是分別連接前后兩段傳感光纖，放大經前段傳感光纖損耗的脈沖激光并注入到后段傳感光纖中。
[0008]所述集成光中繼放大光模塊由光放大器、光纖波分復用耦合器和光纖環形器組成，前段傳感光纖和光纖波分復用稱合器的輸入端相連，光纖波分復用稱合器的輸出端和光放大器的輸入端相連，光放大器的輸出端和光纖環形器的輸入端相連，光纖環形器的一個輸出端和后段傳感光纖相連，另一輸出端即反饋端和光纖波分復用耦合器相連。
[0009]所述光纖環形器和光纖波分復用耦合器也可以采用光纖耦合器代替。
[0010]所述集成光中繼放大光模塊有N塊，可以實現N級級聯，從而真正實現分布式光纖溫度傳感裝置的超遠程測量。
[0011]所述主機由大功率窄脈沖光源、光纖拉曼耦合器、第一光接收模塊、第二光接收模塊、AD采集卡、微處理器組成，大功率窄脈沖光源的輸出端和光纖拉曼耦合器的輸入端通過光纖相連，光纖拉曼耦合器的反饋端和傳感以光纖相連，光纖拉曼耦合器的兩個輸出端分別和第一光接收模塊、第二光接收模塊相連，第一光接收模塊和第二光接收模塊的輸出端分別和AD采集卡的兩個輸入端相連，AD采集卡的輸出端和微處理器相連。[0012]所述AD采集卡是雙通道高速高精度分布式測溫專用AD采集卡。
[0013]后向拉曼散射光分為攜帶溫度信號的后向反斯托克斯拉曼散射光(Ant1-stokes)和作為參考信號的后向斯托克斯拉曼散射光(Stokes)。光纖拉曼耦合器內含有Ant1-stokes濾光片和Stokes濾光片，能將接收到的后向喇漫散射光分離為Ant1-stokes光和Stokes光。
[0014]大功率窄脈沖激光光源發出的窄脈沖激光通過光纖拉曼耦合器注入到傳感光纖中，在傳感光纖上間隔嵌有N塊集成光中繼放大光模塊，在光纖中損耗的窄脈沖激光在集成光中繼放大光模塊中放大，增強了后段傳感光纖中自發后向拉曼散射光的強度。N只級聯的集成光中繼放大光模塊使傳感光纖分段分時進行測量，可以實現NXL(每段傳感光纖的長度)距離的溫度監測。在傳感光纖中產生的后向拉曼散射光經光纖拉曼耦合器分離，得到攜帶溫度信號的后向Ant1-stokes光和作為參考信號的后向Stokes光，自此便完成了光信號的接收工作。
[0015]從Ant1-stokes濾波片分離出來的Ant1-stokes光和Stokes濾波片分離出來的Stokes光再分別進入第一光接收模塊和第二光接收模塊進行光電轉換，再經前級放大電路放大，從而完成信號的光電探測工作。此時信號已由光功率形式轉換成電平形式。拉曼散射信號Ant1-stokes和Stokes的輸出電壓值與AD采集卡的模擬輸入相匹配。
[0016]第一光電接收模塊和第二光電接收模塊的輸出端分別接入AD采集卡進行模數轉換及數據預處理，從而得到數據預處理結果，再由微處理器對數據預處理結果進行信號處理、分析計算，便最終得到對應點的溫度場信息。
[0017]本發明的有益效果在于:通過在傳感光纖上嵌入集成光中繼放大光模塊，放大經傳感光纖損耗的窄脈沖激光，增強了后段傳感光纖中自發后向拉曼散射光的強度，提高了分布式光纖拉曼溫度傳感裝置的信噪比；在傳感光纖中級聯N級集成光中繼放大光模塊，使得N段傳感光纖分段分時進行測量，從而提高了溫度測量精度，真正實現了分布式光纖拉曼溫度傳感器的超遠程測量。同時，本發明所用器件價格合理，相對于現有設備，大大降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明總體結構示意圖。
[0019]圖2為集成光中繼放大模塊結構示意圖。
[0020]附圖中各部分名稱如下:
[0021]1、大功率窄脈沖光源
[0022]2、光纖拉曼耦合器
[0023]3、第一光接收模塊
[0024]4、第二光接收模塊
[0025]5、同步信號輸出端
[0026]6、AD 采集卡
[0027]7、微處理器
[0028]8、光放大器
[0029]9、光纖環形器[0030]10、光纖波分復用耦合器
[0031]G、集成光中繼放大光模塊
[0032]【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖1、2進一步說明本發明的具體實施步驟。
[0034]一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括主機和傳感光纖，在傳感光纖上間隔嵌入集成光中繼放大光模塊G。
[0035]所述集成光中繼放大光模塊G包括一個輸入端和一個輸出端,其作用是分別連接前后兩段傳感光纖，對前段光纖輸出的窄脈沖激光進行放大后輸入后段光纖，并將后段傳感光纖的后向拉曼散射光信號從輸入端反射輸出回來。。
[0036]所述集成光中繼放大光模塊G由光放大器8、光纖波分復用稱合器10和光纖環形器9組成，前段傳感光纖和光纖波分復用耦合器10的輸入端相連，光纖波分復用耦合器10的輸出端和光放大器8的輸入端相連，光放大器8的輸出端和光纖環形器9的輸入端相連，光纖環形器9的一個輸出端和后段傳感光纖相連，另一輸出端即反饋端和光纖波分復用耦合器10相連。
[0037]所述光纖環形器9和光纖波分復用耦合器10都可以用光纖耦合器代替。
[0038]所述集成光中繼放大光模塊G有N(N> I)塊，可以實現N級級聯，從而真正實現分布式光纖溫度傳感裝置的超遠程測量。
[0039]所述主機由大功率窄脈沖光源1、光纖拉曼稱合器2、第一光接收模塊3、第二光接收模塊4、AD米集卡6、微處理器7組成,大功率窄脈沖光源I的輸出端和光纖拉曼稱合器2的輸入端通過光纖相連，光纖拉曼耦合器2的反饋端和傳感光纖相連，光纖拉曼耦合器2的兩個輸出端分別和第一光接收模塊3、第二光接收模塊相連4，第一光接收模塊3和第二光接收模塊4的輸出端分別和AD采集卡6的兩個輸入端相連，AD采集卡6的輸出端和微處理器7相連。
[0040]所述AD采集卡6是雙通道高速高精度分布式測溫專用AD采集卡。
[0041]所述大功率窄脈沖光源I用于產生一定脈沖寬度和脈沖頻率的大峰值功率光脈沖。本實施例選用的大功率窄脈沖光源I產生的光脈沖功率為15W。
[0042]大功率窄脈沖光源I還包括同步信號輸出端5，將同步信號經由裝置外殼的同步信號輸出端5輸出。所述的同步信號是與大功率脈沖光源輸出的窄脈沖激光同步輸出的電脈沖信號，它可通知AD采集卡6開始A\D信號采集。
[0043]光纖拉曼I禹合器2包括一個輸入端,一個反饋端和兩個輸出端，內含Ant1-stokes濾波片和Stokes濾波片,光纖拉曼稱合器2的輸入端與大功率窄脈沖光源I的輸出端相連，反饋端和傳感光纖相連，在傳感光纖中產生的后向拉曼散射光通過光纖拉曼耦合器2的反饋端進入光纖拉曼稱合器2中，被Ant1-stokes濾波片和Stokes濾波片分離為攜帶溫度信號的Ant1-stokes光和作為參考信號的Stokes光。光纖拉曼稱合器2的兩個輸出端分別和第一光接收模塊3和第二光接收模塊4相連，從Ant1-stokes濾波片分離出來的Ant1-stokes光和從Stokes濾波片分離出來的Stokes光分別進入第一光接收模塊3和第二光接收模塊4進行光電轉換，再經前級放大電路放大，從而完成信號的光電探測工作。此時信號已由光功率形式轉換成電平形式。
[0044]第一光接收模塊3和第二光接收模塊4的輸出端分別接入雙通道高速高精度分布式測溫專用AD采集卡6進行模數轉換及數據預處理，從而得到數據預處理結果，再由微處理器7對數據預處理結果進行信號處理、分析計算，便最終得到對應點的溫度場信息。
[0045]所述光放大器8是一種光放大器件，本實施例選擇的增益為30dB。
[0046]所述光纖環形器9包括一個輸入端、一個輸出端和一個反饋端,其輸入端與光放大器8的輸出端相連,用于接收光放大器8輸出的窄脈沖激光,其反饋端與后段傳感光纖相連，用于向后段傳感光纖注入窄脈沖激光，并接收在傳感光纖中產生的后向拉曼散射光，其輸出端將接收到的后向拉曼散射光輸出到光纖波分復用耦合器10 ；
[0047]所述光纖波分復用I禹合器10包括一個輸入端、第一輸出端和第二輸出端,輸入端輸入光脈沖及反向輸出拉曼散射光信號，第一輸出端輸出光脈沖到光放大器8 ;第二輸出端反向輸出拉曼散射光信號到光纖環形器9。
[0048]本發明具體實現過程如下:
[0049]大功率窄脈沖激光光源發出的窄脈沖激光通過光纖拉曼耦合器2注入到傳感光纖中，在光纖中損耗的窄脈沖激光在集成光中繼放大光模塊G中放大，增強了后段傳感光纖中自發后向拉曼散射光的強度。N只級聯的集成光中繼放大光模塊G使傳感光纖分段分時進行測量，實現了 NXL(每段傳感光纖的長度)距離的溫度監測。在傳感光纖中產生的后向拉曼散射光經光纖拉曼耦合器2分離，得到攜帶溫度信號的后向Ant1-stokes光和作為參考信號的后向Stokes光，自此便完成了光信號的接收工作。
[0050]光信號經光纖拉曼稱合器2后，從Ant1-stokes濾波片分離出來的Ant1-stokes光和Stokes濾波片分離出來的Stokes光再分別進入第一光接收模塊3和第二光接收模塊4進行光電轉換，再經前級放大電路放大，從而完成信號的光電探測工作。此時信號已由光功率形式轉換成電平形式。
[0051]第一光電接收模塊3和第二光電接收模塊4的輸出端分別接入AD采集卡6進行模數轉換及數據預處理，從而得到數據預處理結果，再由微處理器7對數據預處理結果進行信號處理、分析計算，便最終得到對應點的溫度場信息。
[0052]這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其他變形和改變。
【權利要求】
1.一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，包括主機和傳感光纖，其特征在于:在傳感光纖上間隔嵌入集成光中繼放大光模塊。
2.根據權利要求1所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述集成光中繼放大光模塊包括一個輸入端和一個輸出端，分別連接前段傳感光纖和后段傳感光纖。
3.根據權利要求1或2所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述集成光中繼放大光模塊由光放大器、光纖波分復用耦合器和光纖環形器組成，前段傳感光纖和光纖波分復用稱合器的輸入端相連，光纖波分復用稱合器的輸出端和光放大器的輸入端相連，光放大器的輸出端和光纖環形器的輸入端相連，光纖環形器的一個輸出端和后段傳感光纖相連，另一輸出端即反饋端和光纖波分復用耦合器相連。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述集成光中繼放大光模塊有N塊，可以實現N級級聯。
5.根據權利要求1所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述主機由大功率窄脈沖光源、光纖拉曼耦合器、第一光接收模塊、第二光接收模塊、AD采集卡、微處理器組成，大功率窄脈沖光源的輸出端和光纖拉曼耦合器的輸入端通過光纖相連，光纖拉曼耦合器的反饋端和傳感光纖相連，光纖拉曼耦合器的兩個輸出端分別和第一光接收模塊、第二光接收模塊相連，第一光接收模塊和第二光接收模塊的輸出端分別和AD采集卡的兩個輸入端相連，AD采集卡的輸出端和微處理器相連。
6.根據權利要求5所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述AD采集卡是雙通道高速高精度分布式測溫專用AD采集卡。
7.根據權利要求5所述的一種超遠程分布式光纖拉曼溫度傳感裝置，其特征在于:所述的光纖拉曼稱合器內含有Ant1-stokes濾光片和Stokes濾光片。
【文檔編號】G01K11/32GK103759852SQ201110459224
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年12月30日 優先權日:2011年12月30日
【發明者】楊斌 申請人:上海華魏光纖傳感技術有限公司