[发明专利]一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统

说明书

本发明公开了一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统，包括：脉冲激光器(1)、波分复用器(2)、光开关(3)、第一光纤环(5)、第二光纤环(6)、温度测量光纤(7)、光电探测器(8)、数据采集卡(9)和上位机(10)；所述环形光路的分布式光纤温度传感系统能够进行抑制非线性效应发生的激光器功率反馈调节和瑞利散射噪声补偿。本发明了提高分布式光纤温度传感器在实际应用环境中的长期稳定；消除瑞丽散射光对温度解调精度的影响,从而实现对传感光纤温度场信息的直接解调，降低系统调试的复杂度，提高温度测量精度及其长期测量的稳定性。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统。

背景技术

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器，利用了传感光纤中拉曼散射光强度与温度敏感的原理，通过将探测光脉冲注入到传感光纤中，采集传感光纤上各点受温度调制的背向拉曼散射光。拉曼散射光包含有上频移的反斯托克斯散射光和下频移的斯托克斯散射光两种，由于其光强度十分微弱，需要通过高灵敏度的雪崩光电探测器和累加平均处理，来提高信号的信噪比。其中，反斯托克斯散射光对温度较为敏感，被用作温度解调，而斯托克斯散射光被用来校正反斯托克斯散射光，减弱光源功率波动和传感光纤损耗对温度解调性能的影响。

在对拉曼进行弱光探测时，通过提高激光器输出功率，可以善拉曼散射光的信噪比，但为了避免受激拉曼散射的发生，激光器的输出功率不能无限增大。在实际工程使用中，激光器功率会随时间变化、连接器件损耗不同等因素而发生变化。因此，为了最大化拉曼散射信噪比，需要实时调整激光器的输出功率。

除此之外，在实际工程应用中，传感器的性能会受环境因素的影响，如光源和光电探测器受工作温度变化而发生性能的变化、传感光纤发生弯曲或受到拉伸、强腐蚀性物质的侵蚀而产生非线性损耗，这些因素都会使得传感器的性能下降，导致温度解调误差增大，严重时传感器将会失效。

由于作用在传感光纤上外界因素具有不确定性，并且其损耗程度与波长相关，往往无法消除或校正。采用环形传感光路，采集传感光纤正反两个方向的拉曼散射光，通过几何平均处理，可以有效消除与位置相关的光纤损耗，从而极大地提升传感器的环境适应性。

光纤中产生的散射光除拉曼散射光外，还包含瑞利散射光与布里渊散射光，常用的方法是采用波分复用器将拉曼散射光挑选出来。但由于瑞利散射光强度较高，相比拉曼散射光强度高约30dB左右，而商用的波分复用器隔离度通常为35dB至40dB，因此测量得到的拉曼散射光中存在大量的瑞利散射光噪声。在小动态范围(＜100℃)内，瑞利散射光对温度解调误差的影响较小，但是随着动态范围的增大，温度误差将逐步恶化。因此，在不改变器件性能的情况，需要对瑞利散射光噪声进行补偿。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于环形光路的分布式光纤温度传感系统，通过环形光路结构,消除光纤中受弯曲、强腐蚀性物质侵蚀等因素对拉曼散射光强度造成的非线性损耗，提高分布式光纤温度传感器在实际应用环境中的长期稳定，拓展其应用领域。通过。同时，对背向拉曼散射光中的瑞利散射光进行计算，消除瑞丽散射光对温度解调精度的影响,从而实现对传感光纤温度场信息的直接解调，降低系统调试的复杂度，提高温度测量精度及其长期测量的稳定性。