CN111879436A - 基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分布式光纤传感系统中的温度解调领域，公开了一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法。装置包括第一脉冲激光器，第二脉冲激光器，第一脉冲激光器和第二脉冲激光器产生的脉宽不同的脉冲激光经光开关分时发送至所述传感光纤分别产生拉曼散射；后向拉曼散射中的反斯托克斯光和斯托克斯光分别被两个探测器探测后，输出到高速数据采集卡采集并发送到计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息。本发明基于双脉冲调制，通过定标阶段和测量阶段采集两种不同脉宽状态下所激发的后向拉曼反斯托克斯散射信号，进行自解调温度提取，可以保证在不影响传感距离的前提下，将系统的空间分辨率优化至厘米量级。

Description

基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统中的温度解调领域，具体是一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法。

背景技术

分布式光纤拉曼测温系统具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、灵敏度高、可靠性好、使用寿命长、低成本以及和普通光纤良好兼容的等优点，其测温原理是基于光纤的自发拉曼散射和光时域反射定位技术。系统将高功率、窄脉宽的脉冲光波注入到多模传感光纤中，同时记录反射回来的自发后向拉曼散射光强，再通过采集卡和计算机来解调实现对光纤沿线各个位置温度的计算。

空间分辨率是指系统可准确测量实际温度的最小长度，是分布式光纤拉曼传感技术的关键性能指标，提升系统空间分辨率对工业温度安全监控领域具有重要意义。目前，在分布式光纤拉曼传感系统中，所用探测信号为脉冲信号，定位原理为脉冲时间飞行法，因此脉冲宽度是系统空间分辨率的最大限制因素。降低光源的脉冲宽度可以提高系统的空间分辨率，但是同时也会使系统的信噪比恶化，最终影响系统的传感距离。因此，目前分布式光纤拉曼传感系统存在传感距离和空间分辨率无法兼顾的矛盾，且受限于光源脉宽，导致其空间分辨率难以突破1m。

基于此，有必要发明一种全新的温度解调方法，以解决现有分布式光纤拉曼传感系统存在无法兼顾传感距离和空间分辨率的技术瓶颈，且受限于光源脉宽，导致空间分辨率难以突破1m的技术难题。

发明内容

为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统存在空间分辨率受限于光源脉冲宽度，导致其空间分辨率难以突破1m技术瓶颈的问题，本发明提出了一种可实现厘米级空间分辨率的基于双脉冲调制的分布式拉曼双路温度解调装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，包括第一脉冲激光器，第二脉冲激光器，光开关，传感光纤，滤波器，第一雪崩光电探测器，第二雪崩光电探测器，高速数据采集卡和计算机；所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的激光输出端与所述光开关的输入端连接，光开关的输出端与传感光纤的一端连接，所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器分别用于产生脉宽差小于ns的脉冲激光，所述光开关用于将所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器产生的脉冲激光分时发送至所述传感光纤产生拉曼散射；后向拉曼散射光经滤波器分离出拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光后，分别被第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器探测后输出到高速数据采集卡，高速数据采集卡用于分别采集第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光脉冲在传感光纤内的各个位置处产生的拉曼斯托克斯光的光强和拉曼反斯托克斯光的光强，并发送到计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息。

所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器输出激光的脉宽大于10ns，其脉宽差为0.1ns。

所述第一脉冲激光器的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第二脉冲激光器的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器的带宽为100MHz、光谱响应范围为900～1700nm，所述滤波器的工作波长为1450nm/1650nm，所述高速数据采集卡的通道数为4，采样率为10GS/s，带宽为10GHz；所述传感光纤为折射率渐变型多模光纤。

所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，还包括光环形器、第一放大器和第二放大器，所述光环形器的第一端口与所述光开关的输出端连接，第二端口与所述传感光纤的一端连接，第三端口与所述滤波器的输入端连接，所述第一放大器设置在第一雪崩光电探测器与高速数据采集卡之间，第二放大器设置在第二雪崩光电探测器与高速数据采集卡之间，第一放大器和第二放大器分别用于对第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器的探测信号进行放大。

所述计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息的计算公式为：

其中，T表示测量得到的传感光纤中位置为L处的温度，h为普朗克常数，Δv表示拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，T表示定标阶段传感光纤的设定环境温度，φ_as1(L)表示测量阶段数据采集卡采集得到的第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光分别在脉冲在传感光纤中位置L处产生的后向拉曼反斯托克斯散射光光强的差，φ_s1(L)表示测量阶段数据采集卡采集得到的第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光分别在脉冲在传感光纤中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光光强的差，φ_as0(L)表示定标阶段第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光分别在脉冲在传感光纤中位置L处产生的后向拉曼反斯托克斯散射光的光强的差，φ_s0(L)表示定标阶段第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光分别在脉冲在传感光纤中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光的光强的差。

本发明还提供了一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调方法，基于所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置实现，包括以下步骤：

S1、定标阶段：将传感光纤的沿线温度设置为T₀，通过光开关使第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的脉冲激光分别发送至传感光纤，利用高速数据采集卡分别采集第一脉冲激光器发出的脉冲激光在传感光纤的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as10(L)和后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_s10(L)，以及第二脉冲激光器发出的脉冲激光在传感光纤的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as20(L)和后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_s20(L)；

S2、测量阶段：通过光开关使第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的脉冲激光分别发送至传感光纤，利用高速数据采集卡分别采集第一脉冲激光器发出的脉冲激光在传感光纤的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as11(L)和L位置处发生的后向拉曼斯托克斯信号的光强φ_s11(L)，以及第二脉冲激光器发出的脉冲激光在传感光纤的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as21(L)和后向拉曼斯托克斯信号的光强φ_s21(L)；其中，φ_as10(L)、φ_s10(L)、φ_as20(L)、φ_s20(L)、φ_as21(L)、φ_s21(L)、φ_s11(L)、φ_as11(L)均为传感光纤位置为L处的半个脉冲空间尺度散射信号的叠加和；

S3、计算：将步骤S1和步骤S2测量到的光强信号发送至计算机，通过计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息，计算公式为：

其中，T表示测量得到的传感光纤中位置为L处的温度，h为普朗克常数，Δv为拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，T₀表示定标阶段传感光纤的设定环境温度，φ_as1(L)和φ_s1(L)分别表示测量阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，φ_as1(L)＝φ_as21(L)-φ_as11(L)，φ_s1(L)＝φ_s21(L)-φ_s11(L)，φ_as0(L)和φ_s0(L)分别表示定标阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，φ_as0(L)＝φ_as20(L)-φ_as10(L)，φ_s0(L)＝φ_s20(L)-φ_s10(L)。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出了一种基于双脉冲调制可实现厘米级空间分辨率的分布式拉曼温度解调装置及方法，其基于斯托克斯光解调反斯托克斯光的双路解调原理实现，本发明通过设置两个具有不同脉宽的高功率脉冲激光器，经由光开关分别向传感光纤中注入脉冲宽度为W、W+0.1的脉冲光，然后将定标阶段和测量阶段采集两种不同脉宽状态下所激发的后向拉曼反斯托克斯散射信号、后向拉曼反斯托克斯散射信号进行差值计算，再利用斯托克斯光解调反斯托克斯光的双路解调原理进行传感光纤温度提取。本发明可以保证在不影响传感距离的前提下，将系统的空间分辨率优化至厘米量级。

附图说明

图1表示本发明实施例提出的一种基于双脉冲调制的分布式拉曼温度解调装置的结构示意图。

图中：1-第一脉冲激光器，2-第二脉冲激光器，3-光开关，4-环形器，5-传感光纤，6-滤波器，7-第一雪崩光电探测器，8-第二雪崩光电探测器，9-第一放大器，10-第二放大器，11-高速数据采集卡，12-计算机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，包括第一脉冲激光器1，第二脉冲激光器2，光开关3，光环形器4，传感光纤5，滤波器6，第一雪崩光电探测器7，第二雪崩光电探测器8，第一放大器9，第二放大器10，高速数据采集卡11和计算机12；所述第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2的激光输出端与所述光开关3的输入端连接，光开关3的输出端与传感光纤5的一端连接，所述第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2分别用于产生脉宽差小于1ns的脉冲激光，所述光开关3用于将所述第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2产生的脉冲激光经光环形器4分时发送至所述传感光纤5产生拉曼散射；后向拉曼散射光经滤波器6分离出拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光后，拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光后分别被第一雪崩光电探测器7和第二雪崩光电探测器8探测后分别经第一放大器9，第二放大器10输出到高速数据采集卡11，高速数据采集卡11用于分别采集第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2发出的激光脉冲在传感光纤内的各个位置处产生的拉曼斯托克斯光的光强和拉曼反斯托克斯光的光强，并发送到计算机12计算得到传感光纤5的沿线温度信息，所述数据采集卡11在传感光纤内的各个位置处的光强采集时间等于脉冲激光的半个脉宽。第一放大器9和第二放大器10分别用于对第一雪崩光电探测器7和第二雪崩光电探测器8的探测信号进行放大。

具体地，本实施例中，所述第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2输出激光的脉宽大于10ns，其脉宽差为0.1ns。具体地，所述第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2输出激光的脉宽分别为100ns和100.1ns。

具体地，本实施例中，所述第一脉冲激光器1的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第二脉冲激光器2的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第一雪崩光电探测器7和第二雪崩光电探测器8的带宽为100MHz、光谱响应范围为900～1700nm，所述滤波器6的工作波长为1450nm/1650nm，所述高速数据采集卡11的通道数为4，采样率为10GS/s，带宽为10GHz；所述传感光纤5为折射率渐变型多模光纤。

下面介绍本发明实施例的测量原理。

一、拉曼反斯托克斯信号光强处理

在传统温度解调中，在传感光纤L位置处所激发的的后向拉曼反斯托克斯散射信号的光强为：

传感光纤L位置处的后向拉曼斯托克斯散射信号(斯托克斯光)的强度为：

其中，P为脉冲激光器的入射功率，K_as、K_s分别表示与拉曼反斯托克斯信号、拉曼斯托克斯信号背向散射截面有关的系数，S是光纤的背向散射因子，ν_as、ν_s分别表示拉曼反斯托克斯散射信号、拉曼斯托克斯散射信号的频率，φ_e表示耦合进入光纤的脉冲激光光通量，Δν为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，T为传感光纤温度，α₀、α_as、α_s分别是入射光和反斯托克斯光、斯托克斯光在测温光纤中单位长度上的损耗系数。

实际上，在分布式光纤拉曼传感系统中，所用探测信号为脉冲信号，定位原理为脉冲时间飞行法，这种方法使高速数据采集卡在某一时刻采集到的信息并非光纤L位置一点的光强信息，而是传感距离等于半个脉冲尺度的一段光纤光强信息的叠加。

例如，当探测信号脉冲宽度为W时，数据采集卡11采集到传感光纤L位置处的反斯托克斯光信号强度为：

在探测信号脉冲宽度为W时，数据采集卡11采集到传感光纤L位置处的斯托克斯光信号强度为：

式中，φ_as(L_i)和φ_s(L_i)分别表示传感光纤5的L_i位置处的反斯托克斯光和斯托克斯光的分布式光强信息，当脉冲宽度为W时，高速数据采集卡11在L位置采集到的光强信息是来自长度为[L-Wc/2n～L]的光强信息累加。P为脉冲激光器的入射功率，K_as、K_s分别表示与拉曼反斯托克斯信号、拉曼斯托克斯信号背向散射截面有关的系数，S是光纤的背向散射因子，ν_as、ν_s分别表示拉曼反斯托克斯散射信号、拉曼斯托克斯散射信号的频率，φ_e表示耦合进入光纤的脉冲激光光通量，Δv为拉曼频移，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，T为传感光纤温度，α₀、α_as、α_s分别是入射光和反斯托克斯光、斯托克斯光在测温光纤中单位长度上的损耗系数。

二、定标阶段，脉冲激光器在传感光纤激发的后向自发拉曼散射信号采集

(一)第一脉冲激光器1发出脉冲宽度为W的激光脉冲，激光脉冲经光开关3、环形器4入射到传感光纤5中。其中入射光与光纤中的分子发生非弹性碰撞，产生自发拉曼散射，由此使得传感光纤5的各个位置产生自发拉曼散射光，后向自发拉曼散射光经环形器4的第二端口b、第三端口c端口进入滤波器6中；滤波器6分离出拉曼反斯托克斯光(1450nm)、拉曼斯托克斯光(1650nm)。

拉曼反斯托克斯光依次经第一雪崩光电探测器7、第一放大器9入射到高速数据采集卡11中，高速数据采集卡11对反斯托克斯光进行模数转换，由此得到反斯托克斯光信号的位置和光强信息。

拉曼斯托克斯光依次经第二雪崩光电探测器8、第二放大器10入射到高速数据采集卡11中，高速数据采集卡11对斯托克斯光光进行模数转换，由此得到斯托克斯光信号的位置和光强信息。

将定标阶段整条传感光纤的环境温度设置为T₀，高速数据采集卡11采集到传感光纤5在L位置处的反斯托克斯光信号的光强可以表示为：

高速数据采集卡11采集到传感光纤5在L位置处的斯托克斯光信号的光强可以表示为：

φ_as10(L)、φ_s10(L)分别表示高速数据采集卡11在传感光纤5在L位置处得到的反斯托克斯光信号、斯托克斯光信号分布式光强累加信息，求和范围表明在脉冲宽度为W+0.1时，高速数据采集卡11在L位置采集到的光强信息来自传感长度为[L-(W+0.1)c/2n～L]的光强信息累加。

(二)第二脉冲激光器2发出脉冲宽度为W+0.1ns的脉冲激光，激光脉冲与光纤中的分子发生非弹性碰撞，产生自发拉曼散射。高速数据采集卡11对传感光纤5中的反斯托克斯光信号、斯托克斯光信号进行采集，得到反斯托克斯光信号、斯托克斯光信号的位置和光强信息。

将定标阶段传感光纤5的环境温度设置为T₀，高速数据采集卡11采集得到传感光纤5在L位置处的反斯托克斯光信号光强表示为：

高速数据采集卡11采集得到传感光纤5在L位置处的斯托克斯光信号光强表示为：

φ_as20(L)和φ_s20(L)分别表示高速数据采集卡11采集得到的传感光纤5在L位置处的反斯托克斯光信号、斯托克斯光信号分布式光强累加信息，求和范围表示在脉冲宽度为W+0.1时，高速数据采集卡11在L位置采集到的光强信息来自传感长度为[L-(W+0.1)c/2n～L]的光强信息累加。

(三)将上述两个不同脉宽脉冲激光器激发产生的反斯托克斯光信号进行差值计算，可得：

将上述采集到的两个不同脉宽脉冲激光器激发产生的斯托克斯光信号进行差值计算，可得：

其中，φ_as0(L)和φ_s0(L)分别表示定标阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差。

三、测量阶段，脉冲激光器在传感光纤激发的后向自发拉曼散射信号采集

(一)第一脉冲激光器1发出脉冲宽度为W的激光脉冲，将传感光纤5沿线的温度和位置分别用T和L表示，高速数据采集卡11接收到传感光纤5在L位置处的反斯托克斯光，其光强表示为：

高速数据采集卡11接收传感光纤5在L位置处的斯托克斯光，其光强表示为：

(二)第二脉冲激光器2发出脉冲宽度为W+0.1ns激光脉冲，传感光纤5的温度和位置分别用T和L表示，高速数据采集卡11接收传感光纤5在L位置处的反斯托克斯光，其光强表示为：

高速数据采集卡11接收传感光纤5在L位置的斯托克斯光，其光强表示为：

(三)将上述两个不同脉宽脉冲激光器激发产生的反斯托克斯光信号进行差值计算，可得：

将上述两个不同脉宽脉冲激光器激发产生的斯托克斯光信号进行差值计算，可得：

φ_as1(L)和φ_s1(L)分别表示测量阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差。

四、基于双脉冲调制的分布式拉曼双路温度解调处理过程

将公式(9)除以(10)，可得：

将公式(14)除以(15)，可得：

将公式(17)和(18)进行计算，得到传感光纤5沿线的分布式温度信息：

式中，T表示测量得到的传感光纤中位置为L处的温度，h为普朗克常数，Δv为拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，T₀表示定标阶段传感光纤的设定环境温度，φ_as1(L)和φ_s1(L)分别表示测量阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，φ_as1(L)＝φ_as21(L)-φ_as11(L)，φ_s1(L)＝φ_s21(L)-φ_s11(L)，φ_as0(L)和φ_s0(L)分别表示定标阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，

φ_as0(L)＝φ_as20(L)-φ_as10(L)，φ_s0(L)＝φ_s20(L)-φ_s10(L)。

本实施例中，由于传感光纤中位置为L处的拉曼散射光的采集时间为半个脉宽时间，通过对两个脉冲激光器采集到的光强进行相减，得到的是两个脉冲激光的脉宽差的时间尺度内激光的飞行距离，因此，其分辨率的表达式为：

ΔL＝Δt·c/2n； (20)

其中，ΔL表示系统的分辨率，Δt表示两个脉冲激光的脉宽差，c表示光速，n表示折射率，当两个脉冲激光的脉宽差为0.1ns时，根据式(20)可以计算得到分辨率ΔL＝Δt·c/2n＝0.1×10^-9·3×10⁸/2·1.57≈0.01m，因此，在0.1～1ns的脉冲宽度差的情况下，本发明可以实现厘米量级的分辨率。

因此，本发明实施例还提供了一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调方法，基于图1所示的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置实现，其包括以下几个步骤：

S1、定标阶段：将传感光纤5的沿线温度设置为T₀，通过光开关3使第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2发出的脉冲激光分别发送至传感光纤5，利用高速数据采集卡11分别采集第一脉冲激光器1发出的脉冲激光在传感光纤5的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as10(L)和后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_s10(L)，以及第二脉冲激光器2发出的脉冲激光在传感光纤5的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as20(L)和后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_s20(L)；

S2、测量阶段：通过光开关3使第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器2发出的脉冲激光分别发送至传感光纤5，利用高速数据采集卡9分别采集第一脉冲激光器1发出的脉冲激光在传感光纤5的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as11(L)和L位置处发生的后向拉曼斯托克斯信号的光强φ_s11(L)，以及第二脉冲激光器2发出的脉冲激光在传感光纤5的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强φ_as21(L)和后向拉曼斯托克斯信号的光强φ_s21(L)；其中，φ_as10(L)、φ_s10(L)、φ_as20(L)、φ_s20(L)、φ_as21(L)、φ_s21(L)、φ_s11(L)、φ_as11(L)均为传感光纤位置为L处的半个脉冲空间尺度散射信号的叠加和；

S3、计算：将步骤S1和步骤S2测量到的光强信号发送至计算机12，通过计算机12计算得到传感光纤5的沿线温度信息，计算公式为上述(19)式。

本发明提出了一种基于双脉冲调制可实现厘米级空间分辨率的分布式拉曼温度解调装置及方法，其基于斯托克斯光解调反斯托克斯光的双路解调原理实现，本发明通过设置两个具有不同脉宽的高功率脉冲激光器，经由光开关分别向传感光纤中注入脉冲宽度差小于1ns量级的脉冲光，然后将定标阶段和测量阶段采集两种不同脉宽状态下所激发的后向拉曼反斯托克斯散射信号、后向拉曼反斯托克斯散射信号进行差值计算，再利用斯托克斯光解调反斯托克斯光的双路解调原理进行传感光纤温度提取。本发明可以保证在不影响传感距离的前提下，将系统的空间分辨率优化至厘米量级。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，其特征在于，包括第一脉冲激光器（1），第二脉冲激光器（2），光开关（3），传感光纤（5），滤波器（6），第一雪崩光电探测器（7），第二雪崩光电探测器（8），高速数据采集卡（11）和计算机（12）；所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）的激光输出端与所述光开关（3）的输入端连接，光开关（3）的输出端与传感光纤（5）的一端连接，所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）分别用于产生脉宽差小于1ns的脉冲激光，所述光开关（3）用于将所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）产生的脉冲激光分时发送至所述传感光纤（5）产生拉曼散射；后向拉曼散射光经滤波器（6）分离出拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光后，分别被第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）探测后输出到高速数据采集卡（11），高速数据采集卡（11）用于分别采集第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光脉冲在传感光纤内的各个位置处产生的拉曼斯托克斯光的光强和拉曼反斯托克斯光的光强，并发送到计算机（12）计算得到传感光纤（5）的沿线温度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，其特征在于，所述第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）输出激光的脉宽大于10ns，其脉宽差为0.1ns。

3.根据权利要求1所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，其特征在于，所述第一脉冲激光器（1）的波长为1550 nm，重复频率为8 KHz，第二脉冲激光器（2）的波长为1550 nm，重复频率为8 KHz，第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）的带宽为100 MHz、光谱响应范围为900~1700 nm，所述滤波器（6）的工作波长为1450 nm/1650 nm，所述高速数据采集卡（11）的通道数为4，采样率为10 GS/s，带宽为10 GHz；所述传感光纤（5）为折射率渐变型多模光纤。

4.根据权利要求1所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，其特征在于，还包括光环形器（4）、第一放大器（9）和第二放大器（10），所述光环形器（4）的第一端口与所述光开关（3）的输出端连接，第二端口与所述传感光纤（5）的一端连接，第三端口与所述滤波器（6）的输入端连接，所述第一放大器（9）设置在第一雪崩光电探测器（7）与高速数据采集卡（9）之间，第二放大器（10）设置在第二雪崩光电探测器（8）与高速数据采集卡（9）之间，第一放大器（9）和第二放大器（10）分别用于对第一雪崩光电探测器（7）和第二雪崩光电探测器（8）的探测信号进行放大。

5.根据权利要求1所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，其特征在于，所述计算机（12）计算得到传感光纤的沿线温度信息的计算公式为：

；

其中，T表示测量得到的传感光纤中位置为L处的温度，h为普朗克常数，

表示拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，T ₀ 表示定标阶段传感光纤的设定环境温度，

表示测量阶段数据采集卡（11）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光分别在脉冲在传感光纤（5）中位置L处产生的后向拉曼反斯托克斯散射光光强的差，

表示测量阶段数据采集卡（11）采集得到的第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光分别在脉冲在传感光纤（5）中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光光强的差，

表示定标阶段第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光分别在脉冲在传感光纤（5）中位置L处产生的后向拉曼反斯托克斯散射光的光强的差，

表示定标阶段第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的激光分别在脉冲在传感光纤（5）中位置L处产生的后向拉曼斯托克斯散射光的光强的差。

6.一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调方法，基于权利要求1所述的一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1、定标阶段：将传感光纤（5）的沿线温度设置为T ₀ ，通过光开关（3）使第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别发送至传感光纤（5），利用高速数据采集卡（9）分别采集第一脉冲激光器（1）发出的脉冲激光在传感光纤（5）的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强

和后向拉曼反斯托克斯信号的光强

，以及第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光在传感光纤（5）的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强

和后向拉曼反斯托克斯信号的光强

；

S2、测量阶段：通过光开关（3）使第一脉冲激光器（1）和第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光分别发送至传感光纤（5），利用高速数据采集卡（12）分别采集第一脉冲激光器（1）发出的脉冲激光在传感光纤（5）的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强

和L位置处发生的后向拉曼斯托克斯信号的光强

，以及第二脉冲激光器（2）发出的脉冲激光在传感光纤（5）的L位置处发生的后向拉曼反斯托克斯信号的光强

和后向拉曼斯托克斯信号的光强

；其中，

、

、

、

、

、

、

、

均为传感光纤位置为L处的半个脉冲空间尺度散射信号的叠加和；

S3、计算：将步骤S1和步骤S2测量到的光强信号发送至计算机（12），通过计算机（12）计算得到传感光纤（5）的沿线温度信息，计算公式为：

；

其中，T表示测量得到的传感光纤中位置为L处的温度，h为普朗克常数，

为拉曼频移，k为波尔兹曼常数，ln表示取对数，T ₀表示定标阶段传感光纤的设定环境温度，

和

分别表示测量阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，

，

，

和

分别表示定标阶段数据集采集卡采集得到的两个后向拉曼反斯托克斯散射光的光强差和两个后向拉曼斯托克斯散射光的光强差，

，

。

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