CN201945405U - 光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，通过外调制发光单元输出系统所需的大功率窄脉冲光，采用瑞利散射光作为对比信号可以有效地消除光源的不稳定性以及光纤传输过程中的耦合损耗、光纤接头损耗、光纤弯曲损耗和光纤传输损耗等所带来的影响。由于合波后的拉曼散射光和瑞利散射都较强，输入光源功率较小便可检测到较强的散射光信号，从而解决了的入射光功率与散射光非线性现象的矛盾，提高了系统的测温灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及分布式光纤温度传感技术领域。
背景技术
入射脉冲激光的指标是影响分布式光纤传感器性能的关键因素，是分布式光纤传感器能够响应光散射变化的基本条件，且脉冲光越窄，谱宽越稳定，系统的灵敏度就越高；极小的光源频谱漂移也非常重要，因为频率漂移会导致分布式光纤温度传感器后向散射曲线发生抖动，使温度引起的后向散射曲线的变化被淹没，严重影响系统的性能。
大功率入射脉冲激光对于长距离传感起着重要作用，而使用过多的光放大会引入一定程度的噪声(主要来源于自发辐射噪声)，因此，系统中使用的入射信号为脉冲光，就必须对光进行光调制。最简单的调制光强的方法是内调制，通过改变LED或激光驱动电流实现。但是，当调制速率增加到200MHz时，这种方法遇到了许多限制，信号昂高速率、平均输出功率和消光比都受到限制。另外，直接调制会造成模拟信号畸变并且使脉冲的输出波长发生偏移，即所说的“啁啾”效应。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本实用新型设计了一种光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置。
本实用新型所采用的技术方案如下：一种光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，包括外调制发光单元、光纤耦合器、探测光纤，滤波器、波分复用器和高速高精度分布式测温处理主机，外调制发光单元与光纤耦合器相连，光纤耦合器一侧连接探测光纤，一侧连接三个滤波器，过滤拉曼散射光的两个滤波器连接到波分复用器上，过滤瑞利散射光的滤波器和波分复用器连接到高速高精度分布式测温处理主机。
外调制发光单元包括连续光源、电光调制器、窄脉冲驱动电路、光纤放大器，连续光源与电光调制器相连，窄脉冲驱动电路连接在电光调制器上，电光调制器与光纤放大器相连，光纤放大器与后续探测光纤相连。
连续光源发出的连续光进入电光调制器后在窄脉冲驱动电路的驱动下输出窄脉冲光，窄脉冲光进入光纤放大器，光纤放大器根据需要输出所需大功率窄脉冲光，大功率窄脉冲光经过光纤耦合器注入探测光纤，大功率窄脉冲光在探测光纤中传输时会产生后向散射光，后向散射光通过光纤耦合器进入滤波器，分离出斯托克斯散射光、反斯托克斯散射光和瑞利散射光，分离出的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光经过波分复用器合为拉曼散射光，拉曼散射光和所述的瑞利散射光进入高速高精度分布式测温处理主机进行后续处理，最终得到探测光纤测量区域的温度信息。
在分布式光纤温度传感装置中，拉曼散射光受温度影响比较大，因此实际的温度信号便由探测光纤中的拉曼散射光所携带，拉曼散射光中反斯托克斯散射光受温度影响较大，斯托克斯散射光受温度影响较小，经过波分复用器合波后的拉曼散射光相比单一的反斯托克斯散射光，光功率变大。由于瑞利散射光要比拉曼散射光强3-4个量级，噪音是叠加的，而所述的分布式光纤温度传感装置的测温精度由信噪比确定，所以采用瑞利散射光作为参考信号。
本实用新型由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：采用瑞利散射光作为对比信号可以有效地消除光源的不稳定性以及光纤传输过程中的耦合损耗、光纤接头损耗、光纤弯曲损耗和光纤传输损耗等所带来的影响。由于合波后的拉曼散射光和瑞利散射都较强，输入光源功率较小便可检测到较强的散射光信号，从而解决了的入射光功率与散射光非线性现象的矛盾，提高了系统的测温灵敏度。
附图说明
图1为本实用新型所述的装置结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施步骤。
一种光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，如图1所示，包括连续光源1、电光调制器2、窄脉冲驱动电路3、光纤放大器4组成的外调制发光单元，光纤耦合器5、探测光纤6，滤波器7、8、9、波分复用器10和高速高精度分布式测温处理主机11；连续光源1与电光调制器2相连，窄脉冲驱动电路3连接在电光调制器2上，电光调制器2与光纤放大器4相连，光纤放大器4与光纤耦合器5相连，光纤耦合器5一侧连接探测光纤6，一侧连接三个滤波器7、8、9，过滤拉曼散射光的两个滤波器7、8连接到波分复用器上10，过滤瑞利散射光的滤波器9和波分复用器10连接到高速高精度分布式测温处理主机11。
连续光源1输出端接电光调制器2输入，窄脉冲驱动电路3控制电光调制器2提供驱动脉冲信号，电路调制器2将输出的窄脉冲光输入光纤放大器4进行放大，输出所需的大功率窄脉冲光进入后续传感系统。
光源1是一种连续激光光源。电光调制器2是一种高速电光转换器，电光调制器经窄脉冲驱动电路3驱动将输入连续光调制输出所需窄脉冲光。窄脉冲驱动电路3可为电光调制器2提供驱动脉冲信号。窄脉冲驱动模块还包括同步信号输出端，用以输出同步信号通知所述高速高精度分布式测温处理主机开始数字变换采集。光放大器4是一种光放大器件器，本实施例选用的增益为30dB。
这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型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，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型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 (3)
1.一种光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，包括外调制发光单元、光纤耦合器、探测光纤，滤波器、波分复用器和高速高精度分布式测温处理主机，其特征在于：外调制发光单元与光纤耦合器相连，光纤耦合器一侧连接探测光纤，一侧连接三个滤波器，过滤拉曼散射光的两个滤波器连接到波分复用器上，过滤瑞利散射光的滤波器和波分复用器连接到高速高精度分布式测温处理主机。
2.根据权利要求1所述的光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，其特征在于：所述的外调制发光单元包括连续光源、电光调制器、窄脉冲驱动电路、光纤放大器。
3.根据权利要求1所述的光脉冲外调制型分布式光纤温度传感装置，其特征在于：所述的外调制发光单元构造为：连续光源与电光调制器相连，窄脉冲驱动电路连接在电光调制器上，电光调制器与光纤放大器相连。
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