CN105333973A - 拉曼光纤测温装置及其测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种拉曼光纤测温装置，脉冲激光模块发出的脉冲信号激光至环行器的输入端，所述环形器的其中一个输出端经第一传感光纤连接第一数据采集模块，另一个输出端经传感光纤连接第二数据采集模块，所述的传感光纤上设有光纤布拉格光栅，所述的第一数据采集模块和第二数据采集模块将采集的数据传输送至数据处理模块。该装置通过采集光纤两端的拉曼散射光，提升脉冲信号激光的能源利用率，并且可以均衡光纤两端采集到的信号强度。而且，发射一个激光脉冲可以采集两组拉曼散射数据用于平均，缩短了测量时间。

Description

拉曼光纤测温装置及其测温方法
技术领域
本发明涉及测温装置领域，尤其涉及一种采集光纤两端拉曼散射的测温装置。
背景技术
对基于自发拉曼散射原理的分布式光纤测温系统的研究始于20世纪70年代。与传统的温度传感系统相比，分布式光纤拉曼测温系统具有抗电磁干扰能力强、测量区域广、稳定性好、成本低和布线容易等优点。目前，分布式光纤拉曼测温系统以其独特优势已广泛应用在国防、工业、公共安全等领域。
现有的拉曼测温系统的工作原理为：激光器连续不断地向传感光纤中发射脉冲光，激光在光纤中传输过程中会发生拉曼散射，通过相关仪器对后向散射光进行数据采集。由于拉曼散射比较微弱，所以大都采用大量的叠加平均以提高采集数据的信噪比，然后再将平均后的数据送往数据处理器数据处理模块进行处理计算，最终得出整条光纤沿线的温度分布。
由于现有的方法只采集光纤中一个方向的散射光，并且需要大量数据进行平均运算，所以现有方法存在如下的缺陷和不足：1.光在光纤中传播存在损耗，所以采集到的散射曲线呈指数衰减，其在光纤末端信号的强度明显低于光纤前端的强度，末端的温度曲线变化幅度很小，会增大测量结果误差；2.只采集光纤一个方向的散射光，脉冲信号激光的能源利用率不高；3.平均运算需要大量的采集数据，只采集一个方向的散射光，效率低，温度测量时间较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种可以采集光纤两端的拉曼散射光，提升脉冲信号激光的能源利用率，且可以均衡光纤两端采集到信号强度的拉曼光纤测温装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：拉曼光纤测温装置，脉冲激光模块发出的脉冲信号激光至环行器的输入端，所述环形器的其中一个输出端直接连接第一数据采集模块，另一个输出端经传感光纤连接第二数据采集模块，所述的传感光纤上设有光纤布拉格光栅，所述的第一数据采集模块和第二数据采集模块将采集的数据传输送至数据处理模块。
所述的脉冲激光模块输送同步触发信号至第一数据采集模块，输送经延迟的同步触发信号至第二数据采集模块。
所述的激光脉冲模块发射中心波长为1550nm的窄线宽脉冲激光。
所述的光纤布拉格光栅的反射中心波长为1550nm。
基于所述的拉曼光纤测温装置的测温方法：
1)脉冲激光模块发出脉冲信号激光，同时给第一数据采集模块发送数据采集的触发脉冲，给第二数据采集模块发送经延迟的数据采集的触发脉冲；
2)第一数据采集模块和第二数据采集模块将数据传输送至数据处理模块；
3)数据处理模块将第二数据采集模块采集到的数据逆向排序，并与第一数据采集模块采集到的数据叠加平均，得出拉曼原始数据；
4)对3)中得出的光纤沿线的拉曼原始数据进行计算处理，得到传感光纤沿线的温度分布数据，则测温方法结束。
6、根据权利要求5所述的拉曼光纤测温装置的测温方法，其特征在于：所述的1中的给第二数据采集模块发送经延迟的数据采集的触发脉冲的延迟时间为t＝L/c，其中L为传感光纤长度，c为光在传感光纤中传播的群速度。
本发明的优点在于：
1、该装置可以采集光纤两端的拉曼散射光，提升了脉冲信号激光的能源利用率；
2、由于采集了光纤两端的拉曼散射信号，所以可以均衡光纤两端采集到的信号强度，减小测量结果误差；
3、发射一个激光脉冲可以采集两组拉曼散射数据用于平均，所以可以缩短测量时间。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为拉曼光纤测温装置结构示意图；
上述图中的标记均为：1、脉冲激光模块；2、第一数据采集模块；3、环行器；4、传感光纤；5、光纤布拉格光栅；6、第二数据采集模块；7、数据处理模块。
具体实施方式
本发明是一种采集光纤两端拉曼散射的测温装置，该装置可以采集光纤两端的拉曼散射光，提升脉冲信号激光的能源利用率，并且可以均衡光纤两端采集到的信号强度。而且，发射一个激光脉冲可以采集两组拉曼散射数据用于平均，缩短了测量时间。
如图1所示，测温装置包括脉冲激光模块1、第一数据采集模块2、环行器3、传感光纤4、光纤布拉格光栅5(FBG)、第二数据采集模块6和数据处理模块7。脉冲激光模块1通过环行器3连接传感光纤4，脉冲激光模块1发出的脉冲信号激光至环行器3的输入端，环形器的其中一个输出端直接连接第一数据采集模块2，另一个输出端经传感光纤4连接第二数据采集模块6，传感光纤4上设有光纤布拉格光栅5，光纤布拉格光栅5设置在第二传感光纤4的末端，第一数据采集模块2和第二数据采集模块6将采集的数据传输送至数据处理模块7。
其中第一数据采集模块和第二数据采集模块均由波分复用器、光电探测器和数据采集卡依次连接封装而成。
该装置的具体工作流程为：脉冲激光模块1发射波长为1550nm的脉冲信号激光经过环行器3进入传感光纤4，同时给第一数据采集模块2同步的数据采集触发信号，并且经过延时传输给第二数据采集模块6数据采集触发信号。脉冲信号激光在第一传感光纤4中产生的后向拉曼散射信号被光纤前端的第一数据采集模块2采集，继续向前传播的1550nm激光遇到反射中心波长为1550nm的FBG(光纤布拉格光栅5)后反射回来，反射回来的激光在传感光纤4中产生的后向拉曼散射信号被光纤末端的第二数据采集模块6采集，两个采集模块采集的数据传输给数据处理模块7分析，利用拉曼散射光时域反射技术得出光纤沿线的温度分布。
基于上述拉曼光纤测温装置的测温方法：
1)脉冲激光模块1发出脉冲信号激光，同时给第一数据采集模块2发送数据采集的触发脉冲，给第二数据采集模块6发送经延迟的数据采集的触发脉冲；其中延迟时间为t＝L/c，其中L为传感光纤4长度，c为光在传感光纤4中传播的群速度，延时过程可以通过软件编程实现，也可以通过其他方式实现。
2)第一数据采集模块2和第二数据采集模块6将数据传输送至数据处理模块7；
3)数据处理模块7将第二数据采集模块6采集到的数据逆向排序，并与第一数据材料模块采集到的数据叠加平均，得出拉曼原始数据；
4)对3)中得出的光纤沿线的拉曼原始数据进行计算处理，得到传感光纤沿线的温度分布数据，则测温方法结束。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.拉曼光纤测温装置，其特征在于：脉冲激光模块发出的脉冲信号激光至环行器的输入端，所述环形器的其中一个输出端直接连接第一数据采集模块，另一个输出端经传感光纤连接第二数据采集模块，所述的传感光纤上设有光纤布拉格光栅，所述的第一数据采集模块和第二数据采集模块将采集的数据传输送至数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的拉曼光纤测温装置，其特征在于：所述的脉冲激光模块输送同步触发信号至第一数据采集模块，输送经延迟的同步触发信号至第二数据采集模块。
3.根据权利要求1或2所述的拉曼光纤测温装置，其特征在于：所述的激光脉冲模块发射中心波长为1550nm的窄线宽脉冲激光。
4.根据权利要求3所述的拉曼光纤测温装置，其特征在于：所述的光纤布拉格光栅的反射中心波长为1550nm。
5.基于权利要求1-4中任一项所述的拉曼光纤测温装置的测温方法，其特征在于：
1)脉冲激光模块发出脉冲信号激光，同时给第一数据采集模块发送数据采集的触发脉冲，给第二数据采集模块发送经延迟的数据采集的触发脉冲；
2)第一数据采集模块和第二数据采集模块将数据传输送至数据处理模块；
3)数据处理模块将第二数据采集模块采集到的数据逆向排序，并与第一数据采集模块采集到的数据叠加平均，得出拉曼原始数据；
4)对3)中得出的光纤沿线的拉曼原始数据进行计算处理，得到传感光纤沿线的温度分布数据，则测温方法结束。
6.根据权利要求5所述的拉曼光纤测温装置的测温方法，其特征在于：所述的1中的给第二数据采集模块发送经延迟的数据采集的触发脉冲的延迟时间为t＝L/c，其中L为传感光纤长度，c为光在传感光纤中传播的群速度。
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