[发明专利]一种分布式多通道光纤拉曼超低温测量系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤测量领域，特别涉及一种分布式多通道光纤拉曼超低温测量系统。

背景技术

20世纪70年代，随着光纤技术的不断成熟和光纤通信技术的不断发展，光纤传感技术也迅速发展起来，是一种新型的传感技术。在光纤通讯系统中，光纤作为远距离传输光波信号的媒介，人们发现光纤通信的质量易受外部环境的干扰，其中一个原因是在光纤中传输的光波对外界因素的变换十分敏感，如压力、温度、气体浓度等外界环境因素参量的变化将引起光纤中光波参量信息(如相位、频率、光强、偏振态等)的变化。人们通过这一现象提出了光纤传感的概念，即测出在光纤中传播的光波参量信息的变化量，就能求出导致光波参量信息发生变化的外界环境的压力、温度、磁场、电场、气体浓度等物理、化学参量的变化。

分布式光纤测量技术，是利用光纤本身作为传感器来测量光纤沿线几公里甚至几十公里的连续空间位置的温度场分布情况，为大范围、复杂几何空间的结构、强电磁场、高压大电流、易燃易爆、强腐蚀性和高温、真空低温等特殊环境的温度场测量与控制，提供了良好的可行手段。在众多的分布式光纤测温技术中，基于背向拉曼散射原理的分布式光纤测温技术，由于其拉曼散射信号只对温度灵敏，不存在串扰问题，适合于只需监测温度分布的场合，并且通过对传感系统进行合理的布置，也可以作为其他类型传感器的温度补偿，具有重要研究价值。

模拟太空环境的真空低温罐设备是航天领域的重要试验设备，对其内部温度分布情况的测量很重要，传统的测温系统只能实现“点”式的测量，且系统组网困难，无法测出整个罐内的温度分布情况，急需一种实用的分布式测温手段对罐内的温度分布情况进行准确的测量。另外由于传统电类传感器系统不抗电磁干扰，在电磁干扰情况下(如卫星天线开机工作)无法正常采集信息，而光纤传感系统抗电磁干扰，能够在电磁干扰的环境中正常采集信息。

现有的分布式光纤拉曼温度传感器如中国专利CN200910102201.1“拉曼相关双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器”只可以单通道测温，测温范围小，且不可用于超低温测量环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种分布式多通道光纤拉曼超低温测量系统，具有安全可靠、耐候性好、适用范围广、传输距离远、抗电磁干扰能力强的优点。

本发明采用的技术方案为：一种分布式多通道光纤拉曼超低温测量系统，包括：激光脉冲光源1、光纤波分复用器2、1*4光开关3、多模光纤4、光电探测器模块5、信号采集卡6和计算机7；其中光纤波分复用器2中的一个通道作为传输通道，传输光信号，另两个通道分别作为斯托克斯通道与反斯托克斯通道，分别输出背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光；激光脉冲光源1的输出连接至光纤波分复用器2的传输通道输入端口，即A端口；光纤波分复用器2的传输通道输出端口，即B端口连接至1*4光开关3的输入端，即E端口；光纤波分复用器2的斯托克斯通道与反斯托克斯通道，即C端口，D端口分别与光电探测器模块5的两个输入端口相连，即J端口，K端口；1*4光开关3的四个输出端口，即F端口，G端口，H端口，I端口，分别都连接上多模光纤4，从而构成多通道输出；光电探测器模块5的两个输出端口，即L端口，M端口，分别与信号采集卡6相连，信号采集卡6输出连接至计算机7；激光脉冲光源1发出的脉冲激光到达光纤波分复用器2，由光纤波分复用器2的一个通道传输光信号至1*4光开关3，1*4光开关3把光信号扩展为4个通道经多模光纤传输，由光纤波分复用器2的斯托克斯通道和反斯托克斯通道将背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光输出，得到的斯托克斯和反斯托克斯光被光电探测器模块5接收，光电探测器模块5把光信号转换为电信号，由信号采集卡6进行采集得到的电信号，最后经过运算分析得到四个通道光纤上各点温度信息，在计算机7上显示。

进一步的，所述1*4光开关3为多模机械式光开关。

进一步的，所述激光脉冲光源1为HMS高速脉冲光源，中心波长1550nm，3dB带宽0.3nm。

进一步的，所述光纤波分复用器2中心波长为1450nm，1550nm，1660nm。

进一步的，所述多模光纤4的涂层材料为丙烯酸盐，保护层材料为聚四氟乙烯。

进一步的，所述光电探测器模块5为波长1550nm的铟砷化镓InGaAs-APD。

本发明与现有技术相比的优点在于：