[实用新型]一种超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感器领域，尤其是分布式光纤瑞利与拉曼散射应变、温度传感器。

背景技术

长期以来，国内外在工程领域，大型土木建筑、桥梁、隧道、石化管道、储油罐和电力电缆主要使用电学应变片和热敏电组作为应变和温度传感器，每个传感器均需连电线，组成大型检测网络，结构很复杂，这类传感器本身带电，本质上是不安全的，易受电磁干扰，不耐腐蚀，也不能定位，不适合于恶劣环境中使用，更不适合于应用地质灾害和火灾的现场。

近年来发展起来的光纤传感器网能实现大型土木工程、电力工程、石化工业，交通桥梁，隧道，地铁站，大坝、大堤和矿业工程等安全健康监控和灾害的预报和监测。光纤传感器有两大类：一类是以光纤光栅(FBG)和光纤法白(F-P)等点式传感器“挂”(布设)在光纤上，采用光时域技术组成的准分布式光纤传感器网络，准分布式光纤传感器网的主要问题是在点式传感器之间的光纤仅是传输介质，因而存在检测“盲区”；另一类利用光纤的本征特性，光纤瑞利、拉曼和布里渊散射效应，采用光时域(OTDR)技术组成的全分布光纤传感器网，测量应变和温度。全分布光纤传感器网中的光纤既是传输介质又是传感介质，不存在检测盲区。

张在宣提出的《全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器》(中国专利：ZL200910099463.7)提供了一种成本低、结构简单、信噪比好，可靠性好的分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器，适用于中、短程0-15km全分布式光纤传感网的检测范围。但已不能完全满足近年来石油管道、传输电力电缆的安全健康监测，对远程、超远程全分布式光纤瑞利、拉曼和布里渊散射应变、温度传感网的迫切需求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种采用光纤拉曼放大技术的低成本、结构简单、信噪比好，可靠性好的超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器。

本实用新型的超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器，包括光纤脉冲激光器，集成型光纤波分复用器，光纤窄带反射滤光片，光纤分路器，光纤拉曼激光器，100km传感光纤，光电接收模块，数字信号处理器和工控机。集成型光纤波分复用器具有四个端口，其中1550nm输入端口与光纤脉冲激光器相连，COM输出端口通过光纤滤光片与光纤分路器的输入端相连，1450nm输出端口和1550nm输出端口分别与光电接收模块的两个输入端相连，光纤分路器的一个输出端与光纤拉曼激光器相连，光纤分路器的另一个输出端接传感光纤，光电接收模块的两个输出端分别与数字信号处理器两个输入端口相连，数字信号处理器将采集、累加的信号经过工控机解调处理，获得100km传感光纤所在现场的应变、温度信息并传送给远程监控网。

上述的脉冲激光器的中心波长为1550nm，光谱宽度为0.1nm，激光脉冲宽度为10ns，峰值功率为1-100W可调，重复频率为500Hz-20KHz可调。

上述的光纤拉曼激光器为连续激光器，它的中心波长为1465nm，光谱宽度为0.1nm，功率0-1.5W可调。光纤拉曼激光器与100km传感光纤构成一个前向泵浦的C波段光纤拉曼放大器。

上述的光纤滤光片的中心波长为1465nm，光谱宽度为0.3nm，对1465nm瑞利散射光的隔离度＞45dB。光纤窄带反射滤光片抑制1465nm光纤拉曼激光器在传感光纤中的背向瑞利散射，避免瑞利散射光干扰传感光纤中1450nm波段的反斯托克斯拉曼散射的影响。

上述的传感光纤为100km G652通信单模光纤。

光脉冲激光器发出激光脉冲进入传感光纤，在传感光纤中产生的背向瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光子波，背向瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光子波，经由光纤拉曼激光器与100km传感光纤构成前向泵浦的C波段光纤拉曼放大器放大后，由集成型光纤波分复用器分束，带有应变信息的背向瑞利散射光和带有温度信息的反斯托克斯拉曼散射光波分别经光电接收模块，将光信号转换成模拟电信号并放大，由瑞利散射光的强度比得到应变的信息，给出传感光纤上各应变探测点的应变，应变变化速度和方向；由反斯托克斯拉曼散射光与瑞利散射光的强度比，扣除应变的影响得到光纤各段的温度信息，各感温探测点的温度，温度变化速度和方向，应变与温度的检测不存在交叉效应，利用光时域反射对传感光纤上的检测点定位(光纤雷达定位)。通过数字信号处理器与应变、温度解调软件解调并对应变与温度测进行定标，在60秒内得到100km传感光纤上各点应变与温度变化量，测温精度±2℃，由计算机通讯接口、通讯协议进行远程网络传输，当传感光纤上检测点达到设定的应变或温度报警设定值时，向报警控制器发出报警信号。