一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)，包括位于系統(tǒng)前端的光纖脈沖激光器、電光調(diào)制器，1480nm泵浦光源、波分復(fù)用器、環(huán)形器和信號(hào)處理及顯示模塊，其特征在于，還包括位于系統(tǒng)后端并與系統(tǒng)前段的波分復(fù)用器連接的至少一級(jí)定標(biāo)模塊、傳感光纖和中繼放大模塊，所述定標(biāo)模塊、傳感光纖和中繼放大模塊依次連接；上述中繼放大模塊包含一個(gè)耦合器，一個(gè)摻鉺光纖放大器，兩個(gè)四通道的第一波分復(fù)用器和第二波分復(fù)用器，兩個(gè)第一環(huán)形器和第二環(huán)形器。本實(shí)用新型專利技術(shù)的有益效果是：本實(shí)用新型專利技術(shù)的拉曼分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的拉曼分布式光纖傳感系統(tǒng)，加入了多級(jí)放大，顯著延長(zhǎng)了傳感距離，并且提高了溫度定標(biāo)的精度。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)
本技術(shù)屬于光纖傳感
，具體涉及一種長(zhǎng)距離的能夠進(jìn)行多級(jí)光放大以及利用光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)多級(jí)溫度定標(biāo)的分布式光纖拉曼溫度傳感系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
近年來，基于自發(fā)拉曼散射原理的分布式光纖拉曼溫度傳感器因?yàn)槟軌蛟诰€實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖沿線大范圍的溫度，并且與基于布里淵散射原理的分布式光纖傳感器相比，具有成本低，不受應(yīng)變的交叉干擾的優(yōu)點(diǎn)，因而在石油管道、電力線路、地質(zhì)考察等分布式溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。與基于布里淵散射原理的分布式光纖傳感器相比，傳統(tǒng)的基于拉曼散射原理的分布式光纖傳感器在溫度精度和傳感距離上處于劣勢(shì)，這是由于以下兩點(diǎn)限制首先，自發(fā)拉曼散射與自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射相比，散射光強(qiáng)度要弱3(T50dB ;其次，拉曼溫度傳感器無(wú)法應(yīng)用分布式拉曼放大技術(shù)，只能在傳感光纖的入射端進(jìn)行泵浦光放大，同時(shí)還要控制光功率，使其低于拉曼閾值以免產(chǎn)生受激拉曼散射。由于這些因素的限制，使得拉曼分布式溫度傳感器的距離非常有限，只能限制在30km以內(nèi)，并且溫度精度較差O I0C), 不能進(jìn)一步滿足更大范圍的更高精度溫度測(cè)量需求。另外一個(gè)限制集中式光放大技術(shù)在拉曼分布式溫度傳感器中應(yīng)用的因素是加入光放大之后，在光纖的入射端進(jìn)行的溫度定標(biāo)就不適合光放大之后的光纖中的散射光，從而無(wú)法對(duì)放大之后的拉曼散射光進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度解調(diào)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是為了延長(zhǎng)現(xiàn)有的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)的傳感距離并同時(shí)提高溫度測(cè)量精度，提出了一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)。本技術(shù)的技術(shù)方案是一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)，包括位于系統(tǒng)前端的光纖脈沖激光器、電光調(diào)制器，1480nm泵浦光源、波分復(fù)用器、環(huán)形器和信號(hào)處理及顯示模塊，其特征在于，還包括位于系統(tǒng)后端并與系統(tǒng)前段的波分復(fù)用器連接的至少一級(jí)定標(biāo)模塊、傳感光纖和中繼放大模塊，所述定標(biāo)模塊、傳感光纖和中繼放大模塊依次連接;上述中繼放大模塊包含一個(gè)耦合器，一個(gè)摻鉺光纖放大器，兩個(gè)四通道的第一波分復(fù)用器和第二波分復(fù)用器，兩個(gè)第一環(huán)形器和第二環(huán)形器。上述中繼放大模塊中各部件的連接結(jié)構(gòu)為耦合器的輸入端與第一波分復(fù)用器的 1480nm輸出端連接,I禹合器的第一輸出端為摻鉺光纖放大器的泵浦輸入端,I禹合器的第二輸出端與第二波分復(fù)用器的1480nm輸入端連接；第一波分復(fù)用器的1550nm輸出端與第一環(huán)形器的第二端連接，第一環(huán)形器的第三端與摻鉺光纖放大器的信號(hào)光輸入端連接，摻鉺光纖放大器的輸出端與第二環(huán)形器的第一端連接，第二環(huán)形器的第二端與第二波分復(fù)用器的1550nm端連接，第二環(huán)形器的第三端和第一環(huán)形器的第一端連接；第一波分復(fù)用器的S 和AS輸出端分別與第二波分復(fù)用器的S和AS輸出端連接；上述中繼放大模塊中的各部件封裝在一個(gè)封閉箱內(nèi)。本技術(shù)的有益效果是本技術(shù)的拉曼分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的拉曼分布式光纖傳感系統(tǒng)，加入了多級(jí)放大，顯著延長(zhǎng)了傳感距離，并且提出了利用光纖布拉格光柵溫度定標(biāo)方法，使得多級(jí)放大成為可能，并且提高了溫度定標(biāo)的精度，同時(shí)這種動(dòng)態(tài)的溫度定標(biāo)方法減少了對(duì)恒溫裝置的需求。這種結(jié)構(gòu)也適用于頻域拉曼系統(tǒng)。附圖說明圖I為本技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為拉曼泵浦光脈沖的強(qiáng)度隨長(zhǎng)度變化情況示意圖。圖3 (a)和圖3 (b)為未加入摻餌光纖放大器(EDFA)以及加入摻餌光纖放大器 (EDFA)的系統(tǒng)信噪比與傳感光纖長(zhǎng)度的關(guān)系示意圖。圖4(a)是光纖布拉格光纖光柵(FBG)的反射譜圖。圖4(b)是光纖布拉格光纖光柵的布拉格波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系圖。附圖標(biāo)記說明光纖脈沖激光器I、中繼放大模塊2、第一波分復(fù)用器21、第二波分復(fù)用器22、波分復(fù)用器21、第一環(huán)形器23、第一端231、第二端232、第三端233、第二環(huán)形器 24、第一端241、第二端242、第三端243、摻鉺光纖放大器25、稱合器26、輸入端260、第一輸出端261、第二輸出端262、定標(biāo)模塊3、傳感光纖4、電光調(diào)制器5,環(huán)形器6、第一端口 61、第二端口 62、第三端口 63、波分復(fù)用器7、1480nm泵浦光源8、信號(hào)處理及顯示模塊9。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本技術(shù)做進(jìn)一步的說明。如圖I所示，一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)，包括位于系統(tǒng)前端的光纖脈沖激光器I、電光調(diào)制器5，1480nm泵浦光源8、波分復(fù)用器7、環(huán)形器6和信號(hào)處理及顯示模塊9，其特征在于，還包括位于系統(tǒng)后端并與系統(tǒng)前段的波分復(fù)用器7連接的至少一級(jí)定標(biāo)模塊3、傳感光纖4和中繼放大模塊2，所述定標(biāo)模塊3、傳感光纖4和中繼放大模塊2依次連接。上述中繼放大模塊2包含一個(gè)稱合器26, —個(gè)摻鉺光纖放大器(Erbium-doped OpticalFiber Amplifer, EDFA) 25,兩個(gè)四通道的第一波分復(fù)用器(WDM) 21和第二波分復(fù)用器22，兩個(gè)第一環(huán)形器23和第二環(huán)形器24。上述中繼放大模塊2中各部件的連接結(jié)構(gòu)為|禹合器26的輸入端260與第一波分復(fù)用器21的1480nm輸出端連接,f禹合器26的第一輸出端261為摻鉺光纖放大器25的泵浦輸入端，稱合器26的第二輸出端262與第二波分復(fù)用器22的1480nm輸入端連接；第一波分復(fù)用器21的1550nm輸出端與第一環(huán)形器23的第二端232連接，第一環(huán)形器23的第三端233與摻鉺光纖放大器25的信號(hào)光輸入端連接,摻鉺光纖放大器25的輸出端與第二環(huán)形器24的第一端241連接，第二環(huán)形器24的第二端242與第二波分復(fù)用器22的1550nm 端連接，第二環(huán)形器24的第三端243和第一環(huán)形器23的第一端231連接；第一波分復(fù)用器 21的S和AS輸出端分別與第二波分復(fù)用器22的S和AS輸出端連接。上述中繼放大模塊2中的各部件封裝在一個(gè)封閉箱內(nèi)。上述定標(biāo)模塊3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為包括一個(gè)光纖布拉格光纖光柵FBG和一段作為定標(biāo)光纖的G. 652光纖(本實(shí)施例中光纖長(zhǎng)度為100m), FBG的輸入端為定標(biāo)模塊的輸入端, FBG輸出端與G. 652普通單模光纖連接，普通單模光纖的尾端為定標(biāo)模塊的輸出端。所用定標(biāo)模塊3中封裝的FBG溫度傳感器為低反射率型，反射率在1°/Γ3%，所用光纖為G. 652普通單模光纖，1480nm泵浦與中繼放大模塊2由光纖連接，連接用光纖與傳感光纖4封裝在I 根光纜中。所述定標(biāo)模塊3中的FBG與定標(biāo)光纖封裝在一個(gè)封閉箱內(nèi)，并彼此緊密靠緊，保證FBG與定標(biāo)光纖的溫度一致。并且不同級(jí)的定標(biāo)模塊3中的FBG的布拉格波長(zhǎng)不同，并且在1550nm土 Inm以內(nèi)。本實(shí)施例中，定標(biāo)模塊3被視為現(xiàn)有技術(shù)而未對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)做更詳細(xì)的描述，但是這不影響本技術(shù)的實(shí)施。上述光纖脈沖激光器I的中心波長(zhǎng)為1550nm，線寬為2nm，激光脈沖10ns，峰值功率為1-100W可調(diào)，重復(fù)頻率為500Hz 50kHz可調(diào)。上述1480nm泵浦光源8的泵浦采用的是半導(dǎo)體激光器。上述的傳感光纖4、1480nm泵浦光源8與中繼放大模塊2的連接光纖封裝成雙芯光纜。上述的信號(hào)處理及顯示模塊9包括數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)處理工控機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡與工控機(jī)相連。由于本技術(shù)中信號(hào)處理及顯示模塊9是現(xiàn)有的拉曼分布式溫度傳感系本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種長(zhǎng)距離的拉曼分布式溫度傳感系統(tǒng)，包括位于系統(tǒng)前端的光纖脈沖激光器（1）、電光調(diào)制器（5），1480nm泵浦光源（8）、波分復(fù)用器（7）、環(huán)形器（6）和信號(hào)處理及顯示模塊（9），其特征在于，還包括位于系統(tǒng)后端并與系統(tǒng)前段的波分復(fù)用器（7）連接的至少一級(jí)定標(biāo)模塊（3）、傳感光纖（4）和中繼放大模塊（2），所述定標(biāo)模塊（3）、傳感光纖（4）和中繼放大模塊（2）依次連接；上述中繼放大模塊（2）包含一個(gè)耦合器（26），一個(gè)摻鉺光纖放大器（EDFA）（25）,兩個(gè)四通道的第一波分復(fù)用器（WDM）（21）和第二波分復(fù)用器（22），兩個(gè)第一環(huán)形器（23）和第二環(huán)形器（24）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：冉曾令，左紅梅，劉永利，陳怡，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：