[发明专利]波长优化型高性能分布式光纤温度传感系统及传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及光传感技术领域，具体地说是一种实用的波长优化型高性能分布 式光纤温度传感系统及传感方法。

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。

光纤传感器的基本原理是：由光源发出的光经过光纤进入调制区，在被测对 象的作用下，光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质发生了变化，使 它成为被调制了的信号，再经过光纤送入光探测器和电信号处理装置，最终获得 待测对象的信息。

目前，分布式光纤传感技术是光传感技术领域中最有应用前景的，其中高性 能分布式光纤温度传感系统通过一次测量，既可获得光纤所经区域温度场的完整 信息。然而高性能分布式光纤温度传感系统的探测区域很大，测量光缆越长越好， 一般大于10Km，空间分辨率1m，所以系统的接收光信号很弱(小于-60dBm)，实 时处理数据很庞大，对光电信号处理系统要求极高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种波长优化型高性能分布式光纤温度 传感系统及传感方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种波长优化型高性能分布式光纤温度传感系统，包括激光器，耦合器，第 一APD光接收模块，第一APD增益温度自补偿模块，第二APD光接收模块，第二 APD增益温度自补偿模块，双通道AD采集卡，主机：所述激光器用以产生光脉 冲；所述耦合器包括一个输入端，一个反馈端和两个输出端；所述耦合器的输入 端通过光纤与激光器的输出端相连接，所述耦合器的反馈端与传感光纤相连；第 一APD光接收模块，与所述耦合器的一个输出端相连，用以输出Anti-stokes 光信号；第一APD增益温度自补偿模块，与所述第一APD光接收模块相连，用以 获得第一APD光接收模块硅APD的恒增益电压控制；第二APD光接收模块，与所 述耦合器的另一个输出端相连，用以输出stokes光信号；第二APD增益温度自 补偿模块，与所述第二APD光接收模块相连，用以获得第二APD光接收模块硅 APD的恒增益电压控制；双通道AD采集卡，用以将所述第一APD光接收模块和 所述第二APD光接收模块的输出信号进行模数转换及数据预处理，获得预处理结 果；主机，与所述双通道AD采集卡相连，用以对所述预处理结果进行信号处理、 分析计算，获得对应点的温度场信息。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合器为光纤Raman-WDM耦合器，包括光 纤环形器，Anti-stokes滤波片，Stokes滤波片，光收集器；光纤环形器与所述 传感光纤相连；Anti-stokes滤波片用以分离出Anti-stokes光信号；所述 Anti-stokes滤波片的光输入端与所述光纤环形器的输出端相连，Anti-stokes 滤波片的透射光输出端与所述第一APD光接收模块相连；Stokes滤波片用以分 离出Stokes光信号；所述Stokes滤波片的输入端与所述Anti-stokes滤波片的 反射光输出端相连，Stokes滤波片的透射光输出端与所述第二APD光接收模块 相连；光收集器与所述Stokes滤波片的反射光输出端相连。

作为本发明的另一种优选方案，所述第一APD光接收模块包括第一光电探测 器，第一前级放大电路；第一光电探测器用以将所述Anti-stokes滤波片的透射 光输出端输出的Anti-stokes光信号转换为Anti-stokes电信号；第一前级放大 电路用以放大所述Anti-stokes电信号。

作为本发明的再一种优选方案，所述第二APD光接收模块包括第二光电探测 器，第二前级放大电路；第二光电探测器用以将所述Stokes滤波片的透射光输 出端输出的Stokes光信号转换为Stokes电信号；第二前级放大电路用以放大所 述Stokes电信号。