[发明专利]远程分布式光纤拉曼温度传感器

说明书

技术领域

 本发明涉及温度传感器，具体的说是一种测量精度高、生产成本低、准确可靠，特别适用于环形的温度检测应用环境的远程分布式光纤拉曼温度传感器。

背景技术

分布式光纤温度传感器是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统，该系统利用拉曼散射效应和OTDR技术实现对敏感光纤所处温度场的分布式测量，与传统的电温度传感器相比，光纤温度传感器具有灵敏度高、能够抗电磁干扰、重量轻、寿命长等优点，因此可以广泛应用于电力电缆、地铁隧道、煤矿巷道、石油储罐以及大型建筑的温度监控和火灾报警中。

虽然拉曼型分布式光纤温度传感器的研究已相对成熟，但仍存在不完善的问题，目前分布式光纤温度传感器的发展方向是长距离、高精度，而传输距离越长，需要泵浦光功率越高，而因为受激拉曼散射阈值随泵浦光功率和传输距离的增加而减小，较高的泵浦光功率和较长的传输距离都极易导致受激拉曼散射的发生；分布式光纤温度传感器精度越高，也即需要的信噪比越大，信噪比增大一方面要求增加信号光功率，另一方面要求降低噪声，而信号光功率的增大要求增加泵浦光功率，这样容易导致受激拉曼散射的发生，而由于对受激拉曼散射信号进行温度解调时会产生温度畸变，进而造成分布式光纤温度传感器在进行中长距离的测温施工时，存在测温精度不高，测温不准确等问题。

为了解决该问题，现阶段研究人员在中远程光纤拉曼温度传感器的研制中多采用高峰值功率的脉冲器、脉冲编码技术、双光源技术等，导致传感器的复杂度上升，成本高、开发周期长。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种结构合理、测量精度高、生产成本低、准确可靠，特别适用于环形的温度检测应用环境的远程分布式光纤拉曼温度传感器。

本发明可以通过以下措施达到：

一种远程分布式光纤拉曼温度传感器，包括脉冲光纤激光器、1×2耦合器、波分复用器、传感光纤、光电接收模块以及数据采集卡，脉冲光纤激光器与数据采集卡相连接，其特征在于设有两条用于环形测温的测温光路，脉冲光纤激光器发出的信号经1×2耦合器分为两路后，分别经两条测温光路中的波分复用器进入与波分复用器相连接的传感光纤中，两根传感光纤的末端间距小于系统空间分辨率的二分之一，每条光路中均设有一组分别用于接收背向拉曼反斯托克斯和斯托克斯散射信号的光电接收模块，光电接收模块的输出端与数据采集卡的输入端相连接。

本发明中所述两条测温光路，每一条测温光路均由波分复用器、与波分复用器相连接的一组分别用于接收传感光纤中背向拉曼反斯托克斯和斯托克斯散射信号的光电接收模块，以及与波分复用器输出端相连接的传感光纤组成。

一种环形区域测温装置，包括工控机、光纤拉曼温度传感器，光纤拉曼温度传感器中的数据采集卡与工控机相连，数据采集卡将接收到的4路拉曼散射信号经USB总线上传至工控机，其特征在于所述光纤拉曼温度传感器采用上述远程分布式光纤拉曼温度传感器。

一种利用上述远程分布式光纤拉曼温度传感器对环形区域进行测温的方法，其特征在于利用脉冲激光器输出的光信号经1×2耦合器分为两路输出，输出的信号分别经两条测温光路中的波分复用器进入该测温光路中的传感光纤，并同时传输各路的后向散射反斯托克斯和斯托克斯散射光信号，利用波分复用器和光电接收模块接收后向光信号，并将反斯托克斯和斯托克斯散射光信号转换为相应的反斯托克斯和斯托克斯电信号，根据反斯托克斯与斯托克斯电信号强度比与温度成正比的关系将两路传感光纤上的信号强度计算出相应两路光纤所处位置处的温度信息，最终将测得的两条温度数据曲线末端相连即组成了一条环形区域的温度数据曲线。

本发明在工作时，脉冲光纤激光器在数据采集卡的控制下输出的激光脉冲信号经1×2耦合器分成50：50的脉冲信号，分别进入两条测温光路的波分复用器的输入端，并从波分复用器的com端进入传感光纤，从传感光纤散射回来的背向拉曼信号分别经波分复用器的不同波长的输出端口输出，并经相应的光电接收模块获取后，进入数据采集卡，也即数据采集卡可以获得环形测温环境下的4路拉曼散射信号，由数据采集卡将4路拉曼散射信号传给工控机。工控机分别计算两路反斯托克斯光和斯托克斯光光电强度的比值，得出光纤各段的温度信息，并根据光时域反射技术进行定位。工控机根据现场光纤的前后以及计算的各段温度信息，将两次温度曲线合二为一构成一个环形光路，实现低成本、结构简单的测温传感器，从而完成对环形测温环境的温度测量，在此过程中，数据采集卡所采集的测温信息能够克服传统光纤测温传感器所面临的测温距离受限的困难，进而有效提高测温准确度。