[发明专利]融合拉曼放大效应的光纤拉曼频移器的全分布光纤传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤拉曼温度传感器。

背景技术

近年来，利用光纤拉曼散射光強度受温度调制的效应和光时域反射（OTDR）原理研制成分布式光纤拉曼温度传感器, 它可以在线实时预报现场的温度和温度変化的取向，在线监测现场温度的变化，在一定的温度范围设置报警温度，是一种本质安全型的线型感温探测器，由分布式光纤拉曼温度传感器组成的在线监测传感网已在电力工业、石化企业、大型土木工程和在线灾害监测等领域成功地应用。

在分布式光纤传感网的研究和实际应用中，存在长距离、高精度和高分辨率传感的重大需求；还存在多参量传感问题。

张在宣于2009年提出《全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器》（中国发明专利：ZL200910099463.7，2010年9月29日授权），仅适用于中、短程100m-15km在线温度监测，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、超远程自校正分布式光纤拉曼温度传感器的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种融合拉曼放大效应的光纤拉曼频移器的全分布光纤传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种融合拉曼放大效应的光纤拉曼频移器的全分布光纤传感器，其特征是包括光纤脉冲激光器，光纤分路器，由单模光纤和1660nm滤光器组成的光纤拉曼频移器，延时光纤，光纤合波器，光纤波分复用器，传感光纤，光纤窄带反射滤光器，光电接收模块，数字信号处理器和工控机。光纤脉冲激光器发出激光脉冲通过光纤分路器分成两束，其中一束1550nm波段的激光进入光纤拉曼频移器，经频移13.2THz到1660nm波段作为宽光谱探测光源，经光纤合波器的输出端口进入光纤波分复用器，另一束1550nm波段的激光作为泵浦光源，经延时光纤，通过光纤合波器的输出端口进入光纤波分复用器，光纤波分复用器具有四个端口，它的输入端口通过光纤合波器15与光纤拉曼频移器输出的探测光源和另一束1550nm泵浦光源相连，COM输出端口与传感光纤相连，在传感光纤中产生拉曼放大的1660nm波段宽光谱反向瑞利散射光经光纤波分复用器的一个输出端口与光电接收模块的一个输入端口相连，经光电转换放大后输入数字信号处理器的一个端口； 在传感光纤中产生拉曼放大的1550nm波段宽光谱反向反斯托克斯拉曼散射光经光纤波分复用器的另一个输出端口经与光纤窄带反射滤光器相连，扣除激光的1550nm瑞利散射光后与光电接收模块的另一个输入端口相连，经光电转换放大后输入数字信号处理器的另一个端口，数字信号处理器与工控机相连。经数字信号处理器与工控机解调后得到传感光纤各点的温度和应变信息。

本发明中，所说的脉冲激光器的中心波长为1550nm，光谱宽度为0.2nm，激光脉冲宽度为10-30ns可调，峰值功率为1-100W可调，重复频率为500Hz-1.5KHz可调。

本发明中，所说的光纤拉曼频移器中1660nm滤光器的中心波长为1660nm，光谱带宽28nm，透过率98%，对1550nm激光的隔离度>45dB。

本发明中，所说的光纤分路器的分支比为80/20，光纤合波器（15）的分支比为60/40。

本发明中，所说的延时光纤长度L为1.020km >L>1km G652通信单模光纤。

本发明中，所说的光纤窄带反射滤光片的中心波长为中心波长为1550nm，光谱宽度为0.5nm，反射率99%，对1550nm激光的隔离度>45dB。

本发明中，所说的传感光纤是长度为60km的G652通信单模光纤或LEAF光纤。传感光纤既是传输介质又是传感介质，铺设在测温现场不带电，抗电磁干扰，耐辐射，耐腐蚀。

本发明中，所说的光纤窄带反射滤光片的中心波长为中心波长为1550nm，光谱宽度为0.5nm，反射率99%，对1550nm激光的隔离度>45dB。