專利名稱：一種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖測量技術領域，特別涉及ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)。
背景技術：
1870年，英國物理學家丁達爾做了一個簡單的實驗在裝滿水的木桶上鉆個孔，用燈從桶上邊把水照亮。結果放光的水從水桶的小孔里流了出來，水流彎曲，光線也跟著彎曲。后來，人們造出ー種透明度很高、很細的玻璃纖維，當光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前迸。由于這種纖維能夠用來傳輸光線，所以稱它為光導纖維。 自20世紀90年代起，光通信帶動下的光子產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成功，光纖傳感器呈產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，應用領域廣泛，包括電カエ業(yè)、化學和環(huán)境、醫(yī)學和生物、石油行業(yè)、汽車行業(yè)、船舶等。較傳統(tǒng)的電傳感器，光纖傳感器具有許多優(yōu)點，如靈敏度高、抗電磁干擾、體積小、重量輕、測量對象廣泛、成本低等。拉曼效應是指往某物質中射入頻率V的単色光吋，在散射光中會出現(xiàn)頻率V之外頻率的散射光。主要有斯托克斯(stokes)散射、反斯托克斯(Anti-stokes)散射、布里淵散射和瑞利散射。其中反斯托克斯背向散射對溫度敏感，載有溫度信息，利用斯托克斯背向散射作為參考，通過反斯托克斯解調出溫度值。由光時域反射原理知接收光功率為時間的函數(shù)，光傳播速度已知，所以又可以根據(jù)時間、速度得出位置信息?，F(xiàn)有的分布式光纖拉曼溫度傳感器如中國專利CN200910102201. 1“拉曼相關雙波長光源自校正分布式光纖拉曼溫度傳感器”只適合于中短距離測量，還沒有能夠可調節(jié)適用范圍大的分布式溫度測量系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題克服現(xiàn)有技術的不足，提供ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，具有安全可靠、耐候性好、適用范圍廣、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強的優(yōu)點。本發(fā)明的技術方案ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，包括寬帶光源I、雙向三通道光纖稱合器2、單模光纖3、光中繼放大器4、分光器5、第一光電接收器6、第二光電接收器7、信號采集卡8和計算機9 ;其中雙向三通道光纖耦合器2中的一個通道作為傳輸通道，傳輸光信號，另兩個通道分別作為斯托克斯通道與反斯托克斯通道，分別耦合回背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光；寬帶光源I的輸出連接至雙向三通道光纖耦合器2的耦合輸入端ロ，即A端ロ ；雙向三通道光纖耦合器2的耦合傳輸端ロ，即C端ロ連接至單模光纖3的一端；雙向三通道光纖I禹合器2的I禹合輸出端ロ，即B端ロ連至分光器5 ；單模光纖3的另一端接光中繼放大器4，光中繼放大器4再接單模光纖3，依此類推，通過多個單模光纖3和多個光中繼放大器4，構成單模光纖3和光中繼放大器4的多次級聯(lián)；分光器5的輸出分別接至第一光電接收器6和第二光電接收器7,第一光電接收器6和第二光電接收器7的輸出端分別與信號采集卡8相連，信號采集卡8輸出連接至計算機9 ;寬帶光源I發(fā)出的寬帶光到達雙向三通道光纖耦合器2，由雙向三通道光纖耦合器2的ー個通道傳輸光信號經(jīng)過單模光纖3傳輸，由光中繼放大器4放大后再次經(jīng)過單模光纖3，即由單模光纖3和光中繼放大器4的傳輸和放大多次級聯(lián)后，由雙向三通道光纖耦合器2的斯托克斯通道和反斯托克斯通道另兩個通道背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光耦合回雙向三通道光纖I禹合器2后由B端ロ輸出，背向拉曼散射光I禹合到分光器5,通過分光器5后光被分為兩路，再經(jīng)濾波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分別被第一光電接收器6和第ニ光電接收器7接收；接收到的信號由信號采集卡8進行采集，最后經(jīng)過運算分析得出光纖上各點溫度信息，在計算機9上顯示。所述光中繼放大器4由光放大器及放大電路組成。所述寬帶光源I為ASE寬帶光源，中心波長1550nm，3dB帶寬30nm。所述單模光纖3的線路損失系數(shù)為O. 20。
所述分光器5的分光比為80 :20，其中80%的光送入反斯托克斯通道。所述第一光電接收器(6)和第二光電接收器(7)為波長1550nm的銦神化鎵InGaAs-APD0本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于(I)現(xiàn)有的分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)大多距離受限，而本發(fā)明可以在原來的基礎上利用單模光纖和光中繼放大器對光纖級聯(lián)，以彌補傳輸過程中的損耗，減小測量誤差，因此本發(fā)明適用范圍廣，可用于輸配電系統(tǒng)、油井勘探、瓦斯管線系統(tǒng)等的溫度檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并定位，具有適用范圍廣、探測距離遠，抗干擾能力強的優(yōu)點。( 2 )本發(fā)明中的雙向三通道光纖耦合器通過ー個通道進行光的傳播，另外兩個通道用來耦合背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光，反斯托克斯光載有溫度信息，是用來解調溫度的主要依據(jù)，而斯托克斯光用來對比參考，以消除系統(tǒng)對結果的不良影響，因此同時還具有安全可靠、耐候性好、抗電磁干擾能力強的特點。


圖I為本發(fā)明的可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)的原理圖；圖中1、寬帶光源,2、雙向三通道光纖稱合器,3、單模光纖,4、光中繼放大器,5、分光器,6、第一光電接收器,7、第二光電接收器,8、信號米集卡,9、計算機。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便更好地理解本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)包括寬帶光源1，雙向三通道率禹合器2,單模光纖3、光中繼放大器4、分光器5、第一光電接收器6、第二光電接收器7、信號采集卡8和計算機9 ;其中雙向三通道光纖耦合器2的A端口和C端ロ分別連接寬帶光源I和單模光纖3, B端ロ連接分光器5 ;光中繼放大器4的兩端分別與單模光纖3依次連接；分光器5分出兩束光分別由第一光電接收器6、第二光電接收器7接收；第一光電接收器6、第二光電接收器7后還有信號采集卡8及計算機9依次連接。寬帶光源I發(fā)出的寬帶光經(jīng)過雙向三通道光纖耦合器2到達單模光纖3并在其中傳播，當光傳播一定距離后由中繼放大器4對光信號放大后繼續(xù)在單模光纖3中傳播，背向散射斯托克斯光和反斯托克斯光被耦合回雙向三通道光纖耦合器2并傳入分光器5。通過分光器5后光被分為兩路，再經(jīng)濾波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分別被第一光電接收器6和第二光電接收器7接收。接收到的信號由信號采集卡8進行采集，最后經(jīng)過運算分析得出溫度信息，在計算機9上顯示。由拉曼散射原理可知，斯托克斯散射光強Is和反斯托克斯散射光強Ias公式為
權利要求
1.ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征在于所述測溫系統(tǒng)包括寬帶光源(1)、雙向三通道光纖I禹合器(2)、單模光纖(3)、光中繼放大器(4)、分光器(5)、第一光電接收器(6)、第二光電接收器(7)、信號采集卡(8)和計算機(9);其中雙向三通道光纖耦合器(2)中的一個通道作為傳輸通道，傳輸光信號，另兩個通道分別作為斯托克斯通道與反斯托克斯通道，分別耦合回背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光；寬帶光源(I)的輸出連接至雙向三通道光纖耦合器(2)的耦合輸入端ロ，即A端ロ ；雙向三通道光纖耦合器(2)的耦合傳輸端ロ，即C端ロ連接至單模光纖(3)的一端；雙向三通道光纖耦合器(2)的耦合輸出端ロ，即B端ロ連至分光器(5);單模光纖(3)的另一端接光中繼放大器(4)，光中繼放大器(4)再接單模光纖(3)，依此類推，通過多個單模光纖(3)和多個光中繼放器(4)，構成單模光纖和光中繼放大器的多次級聯(lián)；分光器(5)的輸出分別接至第一光電接收器(6)和第二光電接收器(7),第一光電接收器(6)和第二光電接收器(7)的輸出端分別與信號米集卡(8)相連，信號采集卡(8)輸出連接至計算機(9);寬帶光源(I)發(fā)出的寬帶光到達雙向三通道光纖耦合器(2)，由雙向三通道光纖耦合器(2)的ー個通道傳輸光信號經(jīng)過單模光纖(3)傳輸，由光中繼放大器(4)放大后再次經(jīng)過單模光纖(3)，即由單模光纖(3)和光中繼放大器(4)的傳輸和放大多次級聯(lián)后，由雙向三通道光纖耦合器(2)的斯托克斯通道和反斯托克斯通道將背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光耦合回雙向三通道光纖率禹合器(2)后由B端ロ輸出，背向拉曼散射光I禹合到分光器(5),通過分光器(5)后光被分為兩路，再經(jīng)濾波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分別被第一光電接收器(6)和第二光電接收器(7)接收；接收到的信號由信號采集卡(8)進行采集，最后經(jīng)過運算分析得出光纖上各點溫度信息，在計算機(9)上顯示。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征是所述光中繼放大器(4)由光放大器及放大電路組成。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征是所述寬帶光源(I)為ASE寬帶光源，中心波長1550nm，3dB帶寬30nm。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征是所述單模光纖(3)的線路損失系數(shù)為O. 20。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征是所述分光器(5)的分光比為80 :20，其中80%的光送入反斯托克斯通道。
6.根據(jù)權利要求I所述的ー種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，其特征是所述第一光電接收器(6)和第二光電接收器(7)為波長1550nm的銦神化鎵InGaAs-APD。
全文摘要
一種可級聯(lián)分布式光纖拉曼測溫系統(tǒng)，包括寬帶光源，雙向三通道光纖耦合器，單模光纖，光中繼放大器，分光器，第一、第二兩個光電接收器，信號采集卡，計算機；本發(fā)明主要用于輸配電系統(tǒng)、油井勘探、瓦斯管線系統(tǒng)等的溫度檢測，使用時可以根據(jù)需要調整系統(tǒng)以適應各種測量環(huán)境。本發(fā)明提供了一種光纖級聯(lián)的方案，具有安全可靠、耐候性好、適用范圍廣、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強的特點。
文檔編號G01K11/32GK102680137SQ201210187220
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2012年6月7日
發(fā)明者周亞光, 李成貴, 王偉, 王釗, 鞠明江, 魏鵬 申請人:北京航空航天大學, 濰坊五洲浩特電氣有限公司