CN101813530B - 嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器是利用光纤的拉曼散射特性，光纤反斯托克斯拉曼散射波强度受光纤温度调制的原理和光时域反射原理制成的。包括半导体脉冲激光器、1×3光纤双向耦合器、光开关、两块滤光片、两个光电雪崩二极管、工控机和驱动接口。从测温光纤各点返回的背向斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射波经分别转换成摸拟电信号并放大进入工控机，通过测量两者的强度比，得到光纤各段的温度信息。本发明利用光开关对光的时分复用特性，在分布式光纤拉曼温度传感器系统中嵌入光开关，将测温光纤从原来的一路扩展为多路。可以有效地延伸分布式光纤拉曼温度传感器系统总的测温光纤长度。

Description

嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器
技术领域
本发明涉及嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，属于光纤传感器技术领域。
背景技术
在分布式光纤传感器中，利用光纤的本征散射特性，光纤反斯托克斯拉曼散射光强度受光纤所处温度调制的原理和光时域反射原理组成的分布式光纤拉曼温度传感器具有广阔的应用市场。国内外现有的分布式光纤拉曼光子温度传感器由于受到系统信噪比的限制，最大测量距离为30km。
发明内容
本发明的目的是提供一种嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，以延伸分布式光纤拉曼温度传感器系统的测温光纤长度。
本发明的嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器包括半导体脉冲激光器、1x3光纤双向耦合器、光开关、两块滤光片、两个光电雪崩二极管、工控机和驱动接口，半导体脉冲激光器的输出端与1x3光纤双向耦合器的输入端相连，1x3光纤双向耦合器的一个输出端与连接各测温光纤的光开关相连，1x3光纤双向耦合器的第二个输出端依次经第一滤光片、第一光电雪崩二极管与工控机的一个输入端相连，1x3光纤双向耦合器的第三个输出端依次经第二滤光片、第二光电雪崩二极管与工控机的另一个输入端相连，工控机的输出端经驱动接口与光开关相连。
工作时，半导体脉冲激光器发出的脉冲激光经过1x3光纤双向耦合器进入光开关，通过光开关的不同输出端进入各个测温通道的测温光纤。测温光纤各点返回的背向反斯托克斯散射光信号经过光开关、1x3光纤双向耦合器、第一滤光片和第一光电雪崩二极管，将背向反斯托克斯散射光信号转换成摸拟电信号并放大进入工控机；测温光纤各点返回的背向斯托克斯散射光信号经过光开关、1x3光纤双向耦合器、第二滤光片和第二光电雪崩二极管，将背向斯托克斯散射光信号转换成摸拟电信号并放大进入工控机；由工控机内插的数据采集卡对输入的两路背向散射光电信号进行采集，根据两路背向散射光电信号的幅度关系由软件运算出相应的温度值。系统软件通过工控机的RS232串行口向驱动接口发出光开关相应的切换指令，驱动接口将指令转换成相应的电平控制光开关在不同通道间切换，实现多通道的温度测量，有效地延伸了系统的测温长度。由光纤上各段的反向反斯托克斯拉曼散射波的电信号Vas与反向斯托克斯散射波的电信号Vs的比值
Figure GSA00000070075800021
通过温度标定得到电信号的比值
Figure GSA00000070075800022
与温度的关系，得到光纤各段处的温度，从而获得空间的温度场分布。
本发明的优点在于：
本发明利用光开关对光的时分复用特性，在分布式光纤拉曼温度传感器系统中嵌入光开关，将测温光纤从原来的一路扩展为多路。可以有效地延伸分布式光纤拉曼温度传感器系统总的测温光纤长度。
附图说明
图1是本发明的嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器的示意图。
具体实施方式
参照图1，嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，包括半导体脉冲激光器21、1x3光纤双向耦合器22、光开关23、两块滤光片24、25、两个光电雪崩二极管26、27、工控机28和驱动接口29，图例中，光开关23采用1X4多模光开关，半导体脉冲激光器21的输出端与1x3光纤双向耦合器22的输入端相连，1x3光纤双向耦合器22的一个输出端与连接各测温光纤30的1X4多模光开关23相连，1x3光纤双向耦合器22的第二个输出端依次经第一滤光片24、第一光电雪崩二极管26与工控机28的一个输入端相连，1x3光纤双向耦合器22的第三个输出端依次经第二滤光片25、第二光电雪崩二极管27与工控机28的另一个输入端相连，工控机28的输出端经驱动接口29与1X4多模光开关23相连。
由工控机内插的数据采集卡对经过模数转换及放大的来自测温光纤各点返回的两路背向反斯托克斯和斯托克斯散射光电信号进行采集，根据两路背向散射光电信号的幅度关系由软件运算出相应的温度值，通过驱动接口发出1X4多模光开关相应的切换指令，控制1X4多模光开关在不同通道间切换，实现多通道的温度测量，延伸系统的测温长度。
本发明中，半导体脉冲激光器21可采用脉冲宽度小于30ns，波长为1550nm的半导体FP腔的高功率光纤激光器。
第一滤光片24采用波长为1450nm、宽带＞30nm、隔离度＞30dB、损耗＜0.5％的反斯托克斯散射光滤波器；第二滤光片25采用波长为1660nm、宽带＞30nm、隔离度＞30dB、损耗＜0.5％的斯托克斯拉曼散射光滤波器。驱动接口29与工控机28之间通过RS232串行口连接。

Claims (3)

1.嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是包括半导体脉冲激光器(21)、1x3光纤双向耦合器(22)、光开关(23)、两块滤光片(24)、(25)、两个光电雪崩二极管(26)、(27)、工控机(28)和驱动接口(29)，半导体脉冲激光器(21)的输出端与1x3光纤双向耦合器(22)的输入端相连，1x3光纤双向耦合器(22)的一个输出端与连接各测温光纤(30)的光开关(23)相连，1x3光纤双向耦合器(22)的第二个输出端依次经第一滤光片(24)、第一光电雪崩二极管(26)与工控机(28)的一个输入端相连，1x3光纤双向耦合器(22)的第三个输出端依次经第二滤光片(25)、第二光电雪崩二极管(27)与工控机(28)的另一个输入端相连，工控机(28)的输出端经驱动接口(29)与光开关(23)相连。
2.根据权利要求1所述的嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是半导体脉冲激光器(21)是脉冲宽度小于30ns，波长为1550nm的半导体FP腔的光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的嵌入光开关的分布式光纤拉曼温度传感器，其特征在于第一滤光片(24)是波长为1450nm、宽带＞30nm、隔离度＞30dB、损耗＜0.5％的反斯托克斯散射光滤波器，第二滤光片(25)是波长为1660nm、宽带＞30nm、隔离度＞30dB、损耗＜0.5％的斯托克斯拉曼散射光滤波器。 
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