本發(fā)明屬于測溫多模光纖領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多模光纖、其應(yīng)用及測溫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：溫度的測量與控制在航天、材料、能源、冶金等領(lǐng)域都占有極其重要的地位。分布式光纖測溫是目前新興的接觸式測溫技術(shù)，其使用光纖作為溫度信息的傳感和信號傳輸?shù)妮d體，具有連續(xù)測溫、分布式測溫、實(shí)時測溫、抗電磁干擾、本征安全、遠(yuǎn)程監(jiān)控、高靈敏度、安裝簡便、長壽命等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于管道、隧道、電纜、石油石化、煤礦等行業(yè)。分布式光纖測溫系統(tǒng)將拉曼散射原理和光時域反射技術(shù)集合，通過采集光纖中攜帶溫度信息的后向自發(fā)拉曼散射中的反斯托克斯光作為信號通道，同時采集的斯托克斯光或瑞利散射光作為對比通道，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)處理還原出沿光纖的溫度場分布。分布式光纖測溫系統(tǒng)的關(guān)鍵性能參數(shù)包括溫度分辨率，空間分辨率，測溫長度，單次測量時間等?？臻g分辨率是分布式光纖測溫系統(tǒng)中的一個重要指標(biāo)，它是指測溫系統(tǒng)光纖的最小感溫長度，具體可表述為：當(dāng)某一段測溫光纖處于溫度階躍變化時，測溫光纖的溫度響應(yīng)曲線由10％上升到90％時所對應(yīng)的響應(yīng)距離?，F(xiàn)有的分布式光纖測溫系統(tǒng)，其傳感光纖通常采用的是通信用多模光纖。多模光纖具有大的模場面積和高拉曼增益系數(shù)，易于通過自發(fā)拉曼散射獲得光纖沿線的溫度信息。但是通信用多模光纖的劣勢在于光纖的損耗較大，為獲得更高的空間分辨率，往往采用選擇傳導(dǎo)性更佳的工作波長并針對該工作波長對多模光纖進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，例如中國專利文獻(xiàn)cn102539015a中提到的傳感光纖。然而，更重要的是由于多模光纖模間色散(模式差分群時延)引入的脈沖光源的脈寬展寬導(dǎo)致更長距離傳感的空間分辨率不足，這在需要較高空間分辨率的溫度測量場景下實(shí)際上限制了光纖的傳感距離，導(dǎo)致測溫長度不足。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種測溫多模光纖、其應(yīng)用及測溫系統(tǒng)，其目的在于通過對光纖參數(shù)的選擇實(shí)現(xiàn)工作波段、反斯托克斯拉曼散射光(1450nm)和斯托克斯拉曼散射光(1660nm)光衰明顯降低，由此解決現(xiàn)有技術(shù)分布式測溫光纖，傳感距離有限、測溫長度不足的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種測溫多模光纖，包括芯層和包覆在其外的包層；所述芯層半徑為23.75～26.25μm，芯層折射率剖面為漸變型折射率分布，折射率分布指數(shù)α為1.80～1.89，芯層相對折射率差值△1％為1.0％～1.15％，其熔接損耗小于或等于0.08db。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其數(shù)值孔徑為0.190～0.205。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其芯層材質(zhì)為鍺/氟共摻體系的sio2石英玻璃。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其包層材質(zhì)為高純石英玻璃。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其包層半徑62.0～63.0μm。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其芯層半徑為24.5～25.5μm，折射率分布指數(shù)α為1.84～1.86，所述測溫多模光纖數(shù)值孔徑為0.195～0.200。優(yōu)選地，所述測溫多模光纖，其包層涂覆有高分子材料；所述高分子材料優(yōu)選為丙烯酸樹脂或耐高溫的聚酰亞胺涂料；當(dāng)所述高分子材料為丙烯酸樹脂時，所述測溫多模光纖外徑為245±10μm；當(dāng)所述高分子材料為耐高溫的聚酰亞胺涂料時，所述測溫多模光纖外徑為160±10μm。按照本發(fā)明的另一個方面，提供了本發(fā)明所述的測溫多模光纖的應(yīng)用，其應(yīng)用于中長距離分布式測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)測溫距離達(dá)到27km。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式測溫系統(tǒng)，其包括脈沖光源、波分復(fù)用器(wdm)、崩二極管(apd)、數(shù)據(jù)采集裝置、上位機(jī)以及本發(fā)明提供的測溫多模光纖；所述激光光源發(fā)出的激光通過wdm與所述測溫多模光纖相連；所述波分復(fù)用器(wdm)用于接收所述測溫多模光纖信號，與雪崩二極管(apd)連接，傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述雪崩二極管(apd)用于將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，與數(shù)據(jù)采集裝置連接，傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述數(shù)據(jù)采集裝置與上位機(jī)相連；所述上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述分布式測溫系統(tǒng)，其激光光源采用1550nm脈沖光源；所述測溫多模光纖最長的測溫距離可以達(dá)到27km、在熔接點(diǎn)的熔接損耗低于0.08db，可以減少因?yàn)槿劢狱c(diǎn)導(dǎo)致的溫度跳變，避免測溫系統(tǒng)誤報警?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：(1)本發(fā)明提供的多模光纖和一般通信多模光纖相比同時優(yōu)化了1550nm的帶寬和1450nm的損耗，增強(qiáng)了測溫系統(tǒng)的空間分辨率、提高測溫精度和測溫距離，使得本發(fā)明提供的多模光纖能應(yīng)用于中長距離的測溫系統(tǒng)，測溫距離達(dá)到10km至27km。優(yōu)選方案，優(yōu)化了芯層半徑和數(shù)值孔徑，使光纖的熔接損耗更低，保證長距離光傳輸效果。(2)本發(fā)明提供的測溫系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，由于光纖熔接損耗小，帶寬高，因此噪聲小、信噪比高，測溫結(jié)果精確。附圖說明圖1是本發(fā)明提供的測溫多模光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的測溫多模光纖折射率剖面示意圖；圖3是本發(fā)明提供的測溫多模光纖光纖衰減譜；圖4是本發(fā)明提供的分布式測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例8提供的分布式測溫系統(tǒng)空間分辨率測試結(jié)果圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明提供的測溫多模光纖，如圖1所示，包括芯層、包覆在其外的包層、以及涂覆在包層表面的高分子材料；所述芯層半徑在為23.75～26.25μm，優(yōu)選24.5～25.5μm；芯層折射率剖面為漸變型折射率分布，折射率分布指數(shù)α為1.80～1.89，優(yōu)選為1.84～1.86；芯層相對折射率差值△1％為1.0％～1.15％，如圖2所示，其熔接損耗小于或等于0.08db；所述芯層材質(zhì)優(yōu)選為鍺/氟共摻體系的sio2石英玻璃。所述包層半徑62.0～63.0μm,優(yōu)選62.1～62.7μm，材質(zhì)優(yōu)選高純石英玻璃。所述高分子材料優(yōu)選為丙烯酸樹脂或耐高溫的聚酰亞胺涂料；當(dāng)所述高分子材料為丙烯酸樹脂時，所述測溫多模光纖外徑為245±10μm；當(dāng)所述高分子材料為耐高溫的聚酰亞胺涂料時，所述測溫多模光纖外徑為160±10μm。所述多模光纖其數(shù)值孔徑為0.190～0.205，優(yōu)選為0.195～0.200；其熔接損耗小于或等于0.08db，可以減少因?yàn)槿劢狱c(diǎn)導(dǎo)致的溫度跳變，避免測溫系統(tǒng)誤報警，尤其是在長距離傳輸時，熔接損耗對于測溫效果影響較大。本發(fā)明提供的多模光纖在1550nm的有效模式帶寬達(dá)到500mhz*km以上，最優(yōu)帶寬可達(dá)1000mhz*km以上；在1450nm的衰減低于0.5db/km多模光纖具有大的模場面積和高拉曼增益系數(shù)，易于通過自發(fā)拉曼散射獲得光纖沿線的溫度信息。典型的分布式測溫系統(tǒng)激發(fā)光采用1550nm光源，這個光源對應(yīng)的反斯托克斯拉曼散射光(1450nm)作為測溫信號通道，斯托克斯拉曼散射光(1660nm)作為測溫參考通道。本發(fā)明突破以往針對探測激光進(jìn)行光纖設(shè)計的思維，針對測溫系統(tǒng)，對斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光的傳輸做出優(yōu)化，通過大量實(shí)驗(yàn)，得出所述多模光纖的芯層參數(shù)進(jìn)行多方面的組合實(shí)驗(yàn)，最終得出本發(fā)明提供的多模測溫光纖，其在斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光波段附近波段出現(xiàn)意想不到的光衰降低現(xiàn)象。如圖3所示：本領(lǐng)域公知通信多模光纖在1385nm波段會出現(xiàn)光衰增高峰值，會影響反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光的光衰增大，而本發(fā)明提供的光纖在1385nm波段波動平滑，對反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光波段影響幾乎可以忽略。同時，本發(fā)明提供的光纖在熔接損耗方面亦有著優(yōu)秀表現(xiàn)，總體而言使用本發(fā)明提供的測溫多模光纖能應(yīng)用于中場距離的分布式測溫系統(tǒng)，系統(tǒng)的空間分辨率達(dá)到5m，溫度分辨率小于2℃，測溫距離達(dá)到27km，突破現(xiàn)有的測溫光纖的測溫距離，實(shí)現(xiàn)中長距離高分辨率測溫，如圖5所示。本發(fā)明提供的測溫多模光纖可采用pcvd管內(nèi)法制備。本發(fā)明提供的測溫多模光纖，中長距離分布式測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)測溫距離達(dá)到27km。本發(fā)明提供的分布是測溫系統(tǒng)，如圖4所示，包括脈沖光源、波分復(fù)用器(wdm)、雪崩二極管(apd)、數(shù)據(jù)采集裝置、上位機(jī)以及本發(fā)明提供的測溫多模光纖；所述激光光源發(fā)出的激光通過波分復(fù)用器(wdm)與所述測溫多模光纖相連；所述激光光源采用1550nm脈沖光源；所述測溫多模光纖最長的測溫距離可以達(dá)到27km、在熔接點(diǎn)的熔接損耗低于0.08db，可以減少因?yàn)槿劢狱c(diǎn)導(dǎo)致的溫度跳變，避免測溫系統(tǒng)誤報警。；所述上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)。所述波分復(fù)用器(wdm)用于接收所述測溫多模光纖信號，與雪崩二極管(apd)連接,傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述雪崩二極管(apd)用于將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，與數(shù)據(jù)采集裝置連接，傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述數(shù)據(jù)采集裝置與上位機(jī)相連；所述上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)。以下為實(shí)施例：實(shí)施例1至4測溫多模光纖按照上述方案設(shè)計，制備了一組光纖，其芯層為鍺/氟共摻體系的sio2石英玻璃，包層為高純石英玻璃，其相關(guān)參數(shù)見表1：表11234折射率分布指數(shù)α1.921.861.891.85△1％1.1021.031.151.10r1(μm)24.8125.0124.924.77r2(μm)62.362.262.762.1數(shù)值孔徑0.1930.1940.2040.196帶寬@1550nm(mhz*km)35111935731252衰減@1300nm(db/km)0.430.430.450.44衰減@1450nm(db/km)0.3340.3710.3620.377衰減@1550nm(db/km)0.250.250.250.26實(shí)施例5至8分布式測溫系統(tǒng)，應(yīng)用實(shí)施例1至4中的多模光纖，結(jié)果如下：包括脈沖光源、波分復(fù)用器(wdm)、雪崩二極管(apd)、數(shù)據(jù)采集裝置、上位機(jī)以及本發(fā)明提供的測溫多模光纖；所述激光光源發(fā)出的激光通過波分復(fù)用器(wdm)與所述測溫多模光纖相連；所述激光光源為1550nm脈沖激光光源；所述測溫多模光纖測溫距離可以達(dá)到10至27km、在熔接點(diǎn)的熔接損耗低于0.08db，可以減少因?yàn)槿劢狱c(diǎn)導(dǎo)致的溫度跳變，避免測溫系統(tǒng)誤報警。；所述波分復(fù)用器(wdm)用于接收所述測溫多模光纖信號，與雪崩二極管(apd)連接,傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述雪崩二極管(apd)用于將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，與數(shù)據(jù)采集裝置連接，傳輸1450nm和1660nm的光信號；所述數(shù)據(jù)采集裝置與上位機(jī)相連；所述上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)。參數(shù)如表2所示：表2實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例7實(shí)施例8光纖長度10km15km20km27km空間分辨率7m6m8m5m溫度分辨率4℃5℃4℃2℃本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12