CN102175344A - 双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器 - Google Patents

双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器 Download PDF

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杨斌
皋魏
席刚
仝芳轩
周正仙
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Abstract

本发明涉及一种双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器，利用脉冲驱动器控制两个光源发出两种波长的脉冲光，在传感光纤末端得到两组波长不同的后向拉曼散射光。该传感器结构通过采用双波长光自补偿结构设计，同一段光纤在温度作用下，得到两路后向散射光波长的输出结果，再将两者相比，这样在系统内部建立一个参照对比系统，消除传感光纤内部色散与损耗光谱的变化和不稳定因素，使系统具有更佳的稳定性和准确性，达到提高系统性能的目的。

Description

双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种双端双波长自补偿分布式光纤温度传感技术领域。
背景技术
光纤传感器的概念不是新的，早在60年代中期就出现了第一个专利，它包括采用传光束的Fotonic机械位移传感器和采用相位调制的超声波传感器。但是，在更为广阔的领域，即光纤传感技术，取得系列研究却是在10年以后，从那时起光纤技术就突破了那种徘徊不前的状态，进入了一日千里的时代。
分布式光纤温度传感器问世以来，至今已经出现了许多商业化产品，取得显著的经济效益和社会效益，由于分布式光纤温度传感器需要探测的区域很大，光在光纤中传输的时候能量会发生损耗，光纤距离越长的拉曼散射光就越弱，同时，由于监测现场环境的恶劣和突发事件，往往会导致光纤的断裂；会导致测量越不准确，无法实现准确定位。
针对这一问题，本申请人在申请号为“200810202684.8”、发明名称为“双端测量型分布式光纤测温传感装置及其方法”中曾公开了一种解决该技术问题的技术方案：通过将传感光纤的两端和测温系统中的一个光路切换器相连，从两端进行测量，提高了测量精度；当探测光缆断裂后仍然可以准确测量探测光纤的各部分，克服了现有技术中存在的缺点和不足。
然而，由于光路切换器每次只能和传感光纤一端相连，使得系统不能同时获得整条传感光纤的准切信息，导致测量仍然存在不准确性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器。
本发明采用的技术方案为：脉冲驱动器连接两个光源，两个光源分别连接两个耦合器，两个耦合器的输出端之间连接传感光纤；脉冲驱动器控制两个光源发出系统所需的脉冲光，通过两个耦合器分别进入传感光纤的两端，光在传感光纤中传输时产生的后向拉曼散射光从传感光纤两端返回光纤耦合器，再通过滤波器件将其分离为携带温度信号的反斯托克斯光和作为参考信号的斯托克斯光，两组光信号通过光纤进入处理主机进行后续处理。
脉冲驱动器还包括同步信号输出端，将同步信号经由装置外壳的同步信号输出口输出。所述同步信号是与激光器输出的光脉冲同步输出的电脉冲信号，它可通知高速高精度分布式测温处理主机开始A\D信号采集。
两种波长的光在脉冲驱动器的控制下通过耦合器进入传感光纤，在传感光纤中产生的后向散射光再经传感光纤两端的耦合器及滤波器件分离后得到携带温度信号的反斯托克斯拉曼散射光和作为参考信号的斯托克斯散射光，自此便完成了光信号的提取工作。
进一步地，分离后得到携带温度信号的反斯托克斯拉曼散射光和作为参考信号的斯托克斯散射光，再接入高速高精度分布式测温处理主机进行光电信号处理、分析计算，便最终得到对应点的温度场信息。
本发明所述的双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器的优点在于：利用两个不同波长的光源从传感光纤两端相反方向同步产生自发拉曼散射效应和光时域反射原理，巧妙解决后向散射反斯托克斯(Anti-stokes)光、斯托克斯(Stokes)光沿传感光纤传输被损耗逐渐衰减，使前后段传感光纤中自发后向拉曼散射光的强度都是足够强的，四种波长的拉曼光被脉冲驱动器的同步信号控制同步进行测量，从而提高了分布式光纤拉曼温度传感器系统的传感光纤前后端拉曼散射光强度，增大了分布式光纤拉曼温度传感器的信噪比，提高了温度测量精度。
该传感器结构通过采用双波长光自补偿结构设计，同一段光纤在温度作用下，得到两路后向散射光波长的输出结果，再将两者相比，这样在系统内部建立一个参照对比系统，消除传感光纤内部色散与损耗光谱的变化和不稳定因素，使系统具有更佳的稳定性和准确性，达到提高系统性能的目的。
附图说明
图1为本发明的实施例1的总体结构示意图；
图2为本发明的实施例2的总体结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，脉冲驱动器1连接两个光源2和3，光源2和3分别连接1×3拉曼耦合器4和5，两个1×3拉曼耦合器的输出端分别连接传感光纤6的一端，另外两个输出端通过光纤和高速高精度分布式测温处理主机7相连。
光源2和光源3在脉冲驱动器1的作用下发出两种波长不同的脉冲光，两束脉冲光经过两个1×3拉曼耦合器注入到传感光纤6的两端，脉冲光在传感光纤中传输时发生后向拉曼散射，得到的后向拉曼散射光从传感光纤两端返回到1×3拉曼耦合器中，由于1×3拉曼耦合器自身具有过滤光线的功能，所以在1×3拉曼耦合器中将后向拉曼散射光分离为携带温度信号的反斯托克斯拉曼散射光和作为参考信号的斯托克斯散射光，并通过光纤将其传输到高速高精度分布式测温处理主机7中，进行后续处理。
脉冲驱动器1还包括同步信号输出端，将同步信号8经由装置外壳的同步信号输出口输出。所述同步信号8是与激光器输出的光脉冲同步输出的电脉冲信号，它可通知高速高精度分布式测温处理主机7开始A\D信号采集。
实施例2：如图2所示，脉冲驱动器1连接两个光源2和3，光源2和3分别连接1×2耦合器4和5，两个1×2耦合器的一个输出端分别连接传感光纤6的一端，另一个输出端分别连接一个波分复用器9和10，两个波分复用器通过光纤和高速高精度分布式测温处理主机5相连。
光源2和光源3在脉冲驱动器1的作用下发出两种波长不同的脉冲光，两束脉冲光经过两个1×2耦合器注入到传感光纤6的两端，脉冲光在传感光纤中传输时发生后向拉曼散射，得到的后向拉曼散射光从传感光纤两端返回到两个1×2耦合器3和4中，并经过与1×2耦合器3和4相连的波分复用器9和10的过滤，将得到的后向散射光分离为两组携带温度信号的反斯托克斯拉曼散射光和作为参考信号的斯托克斯散射光，并通过光纤将其传输到高速高精度分布式测温处理主机7中，进行后续处理。
脉冲驱动器1还包括同步信号输出端，将同步信号8经由装置外壳的同步信号输出口输出。所述同步信号8是与激光器输出的光脉冲同步输出的电脉冲信号，它可通知高速高精度分布式测温处理主机7开始A\D信号采集。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (4)

1.一种双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器，其特征在于：脉冲驱动器控制两个光源，两个光源分别连接两个光纤耦合器，两个光纤耦合器的输出端之间连接传感光纤；脉冲驱动器控制两个光源发出系统所需的脉冲光，通过两个光纤耦合器分别进入传感光纤的两端，脉冲光在传感光纤中传输时产生的后向拉曼散射光从传感光纤两端返回光纤耦合器，再通过滤波器件将其分离为携带温度信号的反斯托克斯光和作为参考信号的斯托克斯光，两组光信号通过光纤进入处理主机进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述的光纤耦合器为自身具有滤波功能的1×3拉曼耦合器，后向散射光经过1×3拉曼耦合器后所需的两种波长的光被分离出来，通过光纤进入处理主机进行后续处理。
3.根据权利要求1所述的双端双波长自补偿分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述的光纤耦合器为普通1×2耦合器，其另一输出端连接一个波分复用器，后向散射光经1×2耦合器进入波分复用器，所需的两种波长的光被分离出来，通过光纤进入处理主机进行后续处理。
4.根据权利要求1所述的单光源双端输入探测型分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述的处理主机为高速高精度分布式测温处理主机。
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