[发明专利]基于频域解析的分布式光纤温度传感装置

权利要求书

1.一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于通过获得参考信号、拉曼斯托克斯信号和反斯托克斯信号的频域信息，得到斯托克斯和反斯托克斯的传递函数，后经过傅里叶逆变换得到温度和位置信息，包括：泵浦光源、调制器、分光比为1:99的分光器、波分复用器、定标光纤、感温探头、传感光纤、参考光探测器、2个信号光探测器、放大模块、采集卡、控制模块、上位机。其中泵浦光源激光输出与调制器一端相连接，调制器另一端连接分光比为1:99的分光器的输入端，分光比为1:99的分光器的1％输出端作为参考信号与参考光探测器相连接，分光比为1:99的分光器的99％输出端与波分复用器IN端相连接；波分复用器COM端与定标光纤一端连接，定标光纤另一端连接传感光纤连接；波分复用器的斯托克斯和反斯托克斯端分别与2个信号光探测器相连接；参考光探测器和信号光探测器输出端连接放大模块3个探测输入端，放大模块3个模拟输出端连接采集卡3个采集通道；采集卡通信接口连接上位机，同时控制模块控制端连接上位机，调制模块信号调制端连接调制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的泵浦光源采用窄线宽直流光源，输出功率不小于400mW，中心波长为1550.12nm，光源需带有温控装置，内部设有TEC，光源驱动部分包含激光驱动电路、温控电路和反馈电路，其中激光驱动电路控制激光输出功率，温控电路控制TEC加热或制冷，保证激光器温度恒定，反馈电路主要通过激光器自带PD输出信号判断激光器是否正常。

3.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的调制器采用声光调制器或电光调制器，按照等距频率对泵浦光源进行正弦调制，对光源的最大调制频率不小于100MHz，可通过外部控制电路进行调制频率控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的波分复用器为模块化设计，内部设有3个不同波长的WDM组成，其中包含1550nmWDM、1450nmWDM和1660nmWDM，其中1550nmWDM透射端作为模块IN端口，公共端作为模块COM端口，反射端与1450nmWDM的公共端相连，1450nmWDM的透射端作为模块的反斯托克斯端口，反射端与1660nmWDM的公共端相连，1660nmWDM透射端作为模块的斯托克斯端口。

5.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的定标光纤和传感光纤应保持型号一致，且定标光纤中设计温度探头，能够实时读取定标光纤所处环境问题，用于温度计算时标定。

6.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的参考光探测器采用PIN光电二极管实现，接收光为光源直接分出光，采用常规PIN探测器即可实现，此处设计采用带温控器件或包含外部恒温保护装置的InGaAs光电二极管实现，以保证探测器工作不受环境温度等因素影响。

7.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的信号光探测器采用雪崩光电二极管(APD)实现，系统中的拉曼散射信号非常微弱，需要高灵敏度探测器，此处设计采用带温控器件或包含外部恒温保护装置的InGaAs-APD实现，使用时需要外围高压模块驱动。

8.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的放大电路主要实现探测模拟信号放大，其中包含探测器的跨阻放大和增益放大两部分，放大电路带宽不小于200M，光电转换约为10⁶V/W。

9.根据权利要求1所述的一种基于频域解析的分布式光纤温度传感装置，其特征在于所述的采集卡为高速数据采集卡，采集通道不少于3路，采样频率不小于200MSPS，通信接口采用PCIE高速传输；所述的控制电路为调制正弦信号输出电路，按照等距步长增加正弦调制频率控制，直至达到最大调制频率；所述上位机主要实现采集信号解调、温度信号修正和工作状态控制等，可采用PC设备或嵌入式设备实现。