CN204807235U - 一种高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，属于分布式光纤传感技术领域。更具体地说，本实用新型通过将高消光比的脉冲探测光注入单模光纤，分别通过依次相连的光耦合模块、光滤波模块、光探测模块、跨阻放大模块、主放大模块、数据采集模块、信号处理模块等进行信号采集放大处理，获得沿长距离光纤分布的高信噪比自发拉曼散射光信号以及高精度温度信息。本探测器采用直接光滤波、直接光探测，采用光探测器进行光电转换，热稳定性好，不需要复杂的精细的恒温，结构简单，损耗小，噪声小，系统稳定性好。
Description
技术领域：
本发明属于分布式光纤传感技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器。
背景技术：
基于拉曼散射分布式光纤温度传感技术，是分布式光纤传感技术的一种，其空间分辨率高，探测距离长，易敷设，抗电磁辐射，本质安全。可于高电压、大电流及易燃易爆环境中安全可靠地运行，具有优良的抗电磁干扰性能，同时光纤体积小、重量轻、柔性好，便于工程安装使用。
基于拉曼散射分布式光纤温度传感技术已经发展20多年，其基本采用波分复用获取后向拉曼散射光，再通过雪崩光探测器获得拉曼散射光电流信号。其结构复杂，损耗大，噪声大，热稳定差，需要精细复杂的恒温，系统稳定性差。本发明提出的方法，采用直接光滤波、直接光探测，光电转换采用光探测器，热稳定性好，不需要复杂的精细的恒温，结构简单，损耗小，噪声小，系统稳定性好。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器。
本发明涉及的探测器包括依次连接的脉冲光源模块、光环形模块、光耦合模块、光准直模块、光滤波模块、光探测模块、跨阻放大模块、主放大模块、数据采集模块、信号处理模块；所述脉冲光源模块用于向探测光纤注入激光脉冲信号，由所述探测光纤的自发拉曼散射效应产生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射光通过所述探测光纤传播回到发射端，并通过所述光环形模块与光耦合模块获取所述后向散射光，再利用所述光准直模块和所述光滤波模块处理所述后向散射光获得后向拉曼散射光信号，然后由所述光探测模块、所述跨阻放大模块以及所述主放大模块处理所述拉曼散射光信号从而获得拉曼散射电信号，最后通过所述数据采集模块和所述信号处理模块对拉曼散射电信号进行采集和处理进而获得沿探测光纤分布的温度信号。
作为优选的实施方式，可以通过所述脉冲光源模块向光纤注入波长为1550nm高消光比激光脉冲信号。
作为优选的实施方式，所述脉冲光源模块可以包括高消光比激光器，通过所述高消光比激光器发出激光功率可调、脉冲宽度可调的波长为1550nm的高消光比激光脉冲信号，并通过所述光环形模块将激光脉冲注入所述探测光纤。
作为优选的实施方式，所述光环形模块可以包括光环形器，所述光耦合模块可以包括光耦合器，利用所述光耦合器将经所述光环形器返回的后向散射光信号分为2路分光，第一路分光占原始信号的10％光能量，第二路分光占原始信号的90％光能量。
作为优选的实施方式，所述光准直模块可以包括第一准直器和第二准直器，所述光滤波模块可以包括斯托克斯光滤波器和反斯托克斯光滤波器，将第一路分光的光信号经过第一准直器和斯托克斯光滤波器获得斯托克斯散射光，将第二路分光的光信号经过第二准直器以及反斯托克斯光滤波器获得反斯托克斯散射光。
作为优选的实施方式，所述光探测模块可以包括第一光探测器和第二光探测器，所述第一光探测器和第二光探测器对从所述光滤波模块输出的散射光进行光电转换检波，从而分别获得斯托克斯光和反斯托克斯光包络电流信号，将上述两路电流信号分别经过所述跨阻放大模块和所述主放大模块进行信号放大，从而获得沿所述探测光纤分布的斯托克斯光强信号和反斯托克斯光强信号，最后经所述数据采集模块和所述信号处理模块采集分析处理两路光强信号从而获得沿所述探测光纤分布的温度信号。
作为优选的实施方式，所述跨阻放大模块可以包括宽带高动态范围高增益跨阻放大器，所述主放大模块可以包括宽带高动态范围高增益三级主放大器。
作为优选的实施方式，所述斯托克斯光滤波器、反斯托克斯光滤波器、第一光探测器以及第二光探测器耦合封装在一起。
本发明利用光耦合器将沿探测光纤后向传播的拉曼散射光，根据斯托克斯光和反斯托克斯光功率分光，通过准直器直接耦合到斯托克斯光和反斯托克斯光滤波器，再通过与滤波器封装在一起的光探测器，得到斯托克斯光和反斯托克斯光的电流信号，再通过宽带高增益高动态范围的跨阻放大器和主放大器，得到满足信号采集和分析处理的信号，该信号经过分析获得沿光纤分布的温度信息。本发明高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器不要精细复杂的恒温装置，结构简单，损耗小，噪声小，系统稳定性好。
附图说明：
图1是本发明高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器的示意图。
具体实施方式：
以下，参照说明书附图1对发明的技术方案进行详细说明。
图1是高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器的示意图，其包括：作为脉冲光源模块的脉冲激光光源，作为探测光纤模块的探测光纤，作为光环形模块的环形器，作为光耦合模块的耦合器，作为光准直模块的第一准直器和第二准直器，作为光滤波模块的斯托克斯光滤波器和反斯托克斯光滤波器，作为光探测模块的第一光探测器和第二光探测器，作为跨阻放大模块的第一跨阻放大器和第二跨阻放大器，作为主放大模块的第一主放大器和第二主放大器，数据采集模块以及信号处理模块。
所述脉冲激光光源的激光功率可调、脉冲宽度可调，通过脉冲激光光源发射波长为1550nm的高消光比激光脉冲，通过光环形器将激光脉冲注入到探测光纤中。
由于探测光纤的自发拉曼散射效应从而产生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射通过探测光纤传播回到发射端，经光环形器输出，再经10∶90耦合器分为2路分光，第一路分光占原始信号的10％光能量，第二路分光占原始信号的90％光能量。
随后将输出的第一路分光经第一准直器以及斯托克斯光滤波器获得斯托克斯散射光，将输出的第二路分光经第二准直器以及反斯托克斯光滤波器获得反斯托克斯散射光。
然后通过光探测模块对由光滤波器输出的两路拉曼散射光进行光电转换以及平方律检波，分别获得斯托克斯和反斯托克斯光电流信号，两路光电流信号分别经过宽带高动态范围高增益跨阻放大器，再经过宽带高动态范围高增益主放大器，从而能够获得沿光纤分布的斯托克斯光光强信号和反斯托克斯光强信号。
作为优选的技术方案，所述光滤波模块与光探测模块耦合封装在一起，由此来提高光的探测效率。
最后利用数据采集器以及信号分析处理器获得温度信息，具体步骤为沿探测光纤分布的斯托克斯光电压信号和反斯托克斯光电压信号，经高速数据采集模块以及信号处理模块的数据采集处理从而获得沿光纤分布的温度信号。
Claims (8)
1.一种高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：包括依次连接的脉冲光源模块、光环形模块、光耦合模块、光准直模块、光滤波模块、光探测模块、跨阻放大模块、主放大模块、数据采集模块、信号处理模块；所述脉冲光源模块用于向探测光纤注入激光脉冲信号，由所述探测光纤的自发拉曼散射效应产生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射光通过所述探测光纤传播回到发射端，并通过所述光环形模块与光耦合模块获取所述后向散射光，再利用所述光准直模块和所述光滤波模块处理所述后向散射光获得后向拉曼散射光信号，然后由所述光探测模块、所述跨阻放大模块以及所述主放大模块处理所述拉曼散射光信号从而获得拉曼散射电信号，最后通过所述数据采集模块和所述信号处理模块对拉曼散射电信号进行采集和处理进而获得沿探测光纤分布的温度信号。
2.如权利要求1所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：通过所述脉冲光源模块向光纤注入波长为1550nm高消光比激光脉冲信号。
3.如权利要求1所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述脉冲光源模块包括高消光比激光器，通过所述高消光比激光器发出激光功率可调、脉冲宽度可调的波长为1550nm的高消光比激光脉冲信号，并通过所述光环形模块将激光脉冲注入所述探测光纤。
4.如权利要求1所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述光环形模块包括光环形器，所述光耦合模块包括光耦合器，利用所述光耦合器将经所述光环形器返回的后向散射光信号分为2路分光，第一路分光占原始信号的10％光能量，第二路分光占原始信号的90％光能量。
5.如权利要求4所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述光准直模块包括第一准直器和第二准直器，所述光滤波模块包括斯托克斯光滤波器和反斯托克斯光滤波器，将第一路分光的光信号经过第一准直器和斯托克斯光滤波器获得斯托克斯散射光，将第二路分光的光信号经过第二准直器以及反斯托克斯光滤波器获得反斯托克斯散射光。
6.如权利要求5所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述光探测模块包括第一光探测器和第二光探测器，所述第一光探测器和第二光探测器对从所述光滤波模块输出的散射光进行光电转换检波，从而分别获得斯托克斯光和反斯托克斯光包络电流信号，将上述两路电流信号分别经过所述跨阻放大模块和所述主放大模块进行信号放大，从而获得沿所述探测光纤分布的斯托克斯光强信号和反斯托克斯光强信号，最后经所述数据采集模块和所述信号处理模块采集分析处理两路光强信号从而获得沿所述探测光纤分布的温度信号。
7.如权利要求6所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述跨阻放大模块包括宽带高动态范围高增益跨阻放大器，所述主放大模块包括宽带高动态范围高增益三级主放大器。
8.如权利要求6所述的高稳定单模光纤自发拉曼散射光探测器，其特征在于：所述斯托克斯光滤波器、反斯托克斯光滤波器、第一光探测器以及第二光探测器耦合封装。
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|---|---|---|---|---|
| CN108692830A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-23 | 上海光维电力科技有限公司 | 一种分布式光纤测温系统 |
| CN113418628A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-21 | 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 | 飞行器周围大气温度测量装置及测量方法 |
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