一種高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器。
【背景技術(shù)】
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[0002]基于拉曼散射分布式光纖溫度傳感技術(shù)，是分布式光纖傳感技術(shù)的一種，其空間分辨率高，探測距離長，易敷設(shè)，抗電磁輻射，本質(zhì)安全。可于高電壓、大電流及易燃易爆環(huán)境中安全可靠地運行，具有優(yōu)良的抗電磁干擾性能，同時光纖體積小、重量輕、柔性好，便于工程安裝使用。
[0003]基于拉曼散射分布式光纖溫度傳感技術(shù)已經(jīng)發(fā)展20多年，其基本采用波分復(fù)用獲取后向拉曼散射光，再通過雪崩光探測器獲得拉曼散射光電流信號。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大，噪聲大，熱穩(wěn)定差，需要精細(xì)復(fù)雜的恒溫，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。本發(fā)明提出的方法，采用直接光濾波、直接光探測，光電轉(zhuǎn)換采用光探測器，熱穩(wěn)定性好，不需要復(fù)雜的精細(xì)的恒溫，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，噪聲小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器。
[0005]本發(fā)明涉及的探測器包括依次連接的脈沖光源模塊、光環(huán)形模塊、光耦合模塊、光準(zhǔn)直模塊、光濾波模塊、光探測模塊、跨阻放大模塊、主放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊；所述脈沖光源模塊用于向探測光纖注入激光脈沖信號，由所述探測光纖的自發(fā)拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射光通過所述探測光纖傳播回到發(fā)射端，并通過所述光環(huán)形模塊與光耦合模塊獲取所述后向散射光，再利用所述光準(zhǔn)直模塊和所述光濾波模塊處理所述后向散射光獲得后向拉曼散射光信號，然后由所述光探測模塊、所述跨阻放大模塊以及所述主放大模塊處理所述拉曼散射光信號從而獲得拉曼散射電信號，最后通過所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述信號處理模塊對拉曼散射電信號進(jìn)行采集和處理進(jìn)而獲得沿探測光纖分布的溫度信號。
[0006]作為優(yōu)選的實施方式，可以通過所述脈沖光源模塊向光纖注入波長為1550nm高消光比激光脈沖信號。
[0007]作為優(yōu)選的實施方式，所述脈沖光源模塊可以包括高消光比激光器，通過所述高消光比激光器發(fā)出激光功率可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)的波長為1550nm的高消光比激光脈沖信號，并通過所述光環(huán)形模塊將激光脈沖注入所述探測光纖。
[0008]作為優(yōu)選的實施方式，所述光環(huán)形模塊可以包括光環(huán)形器，所述光耦合模塊可以包括光耦合器，利用所述光耦合器將經(jīng)所述光環(huán)形器返回的后向散射光信號分為2路分光，第一路分光占原始信號的10%光能量，第二路分光占原始信號的90%光能量。
[0009]作為優(yōu)選的實施方式，所述光準(zhǔn)直模塊可以包括第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，所述光濾波模塊可以包括斯托克斯光濾波器和反斯托克斯光濾波器，將第一路分光的光信號經(jīng)過第一準(zhǔn)直器和斯托克斯光濾波器獲得斯托克斯散射光，將第二路分光的光信號經(jīng)過第二準(zhǔn)直器以及反斯托克斯光濾波器獲得反斯托克斯散射光。
[0010]作為優(yōu)選的實施方式，所述光探測模塊可以包括第一光探測器和第二光探測器，所述第一光探測器和第二光探測器對從所述光濾波模塊輸出的散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換檢波，從而分別獲得斯托克斯光和反斯托克斯光包絡(luò)電流信號，將上述兩路電流信號分別經(jīng)過所述跨阻放大模塊和所述主放大模塊進(jìn)行信號放大，從而獲得沿所述探測光纖分布的斯托克斯光強(qiáng)信號和反斯托克斯光強(qiáng)信號，最后經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述信號處理模塊采集分析處理兩路光強(qiáng)信號從而獲得沿所述探測光纖分布的溫度信號。
[0011]作為優(yōu)選的實施方式，所述跨阻放大模塊可以包括寬帶高動態(tài)范圍高增益跨阻放大器，所述主放大模塊可以包括寬帶高動態(tài)范圍高增益三級主放大器。
[0012]作為優(yōu)選的實施方式，所述斯托克斯光濾波器、反斯托克斯光濾波器、第一光探測器以及第二光探測器耦合封裝在一起。
[0013]本發(fā)明利用光耦合器將沿探測光纖后向傳播的拉曼散射光，根據(jù)斯托克斯光和反斯托克斯光功率分光，通過準(zhǔn)直器直接耦合到斯托克斯光和反斯托克斯光濾波器，再通過與濾波器封裝在一起的光探測器，得到斯托克斯光和反斯托克斯光的電流信號，再通過寬帶高增益高動態(tài)范圍的跨阻放大器和主放大器，得到滿足信號采集和分析處理的信號，該信號經(jīng)過分析獲得沿光纖分布的溫度信息。本發(fā)明高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器不要精細(xì)復(fù)雜的恒溫裝置，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，噪聲小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
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[0014]圖1是本發(fā)明高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器的示意圖。
【具體實施方式】
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[0015]以下，參照說明書附圖1對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]圖1是高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器的示意圖，其包括:作為脈沖光源模塊的脈沖激光光源，作為探測光纖模塊的探測光纖，作為光環(huán)形模塊的環(huán)形器，作為光耦合模塊的耦合器，作為光準(zhǔn)直模塊的第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，作為光濾波模塊的斯托克斯光濾波器和反斯托克斯光濾波器，作為光探測模塊的第一光探測器和第二光探測器，作為跨阻放大模塊的第一跨阻放大器和第二跨阻放大器，作為主放大模塊的第一主放大器和第二主放大器，數(shù)據(jù)采集模塊以及信號處理模塊。
[0017]所述脈沖激光光源的激光功率可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)，通過脈沖激光光源發(fā)射波長為1550nm的高消光比激光脈沖，通過光環(huán)形器將激光脈沖注入到探測光纖中。
[0018]由于探測光纖的自發(fā)拉曼散射效應(yīng)從而產(chǎn)生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射通過探測光纖傳播回到發(fā)射端，經(jīng)光環(huán)形器輸出，再經(jīng)10: 90耦合器分為2路分光，第一路分光占原始信號的10%光能量，第二路分光占原始信號的90%光能量。
[0019]隨后將輸出的第一路分光經(jīng)第一準(zhǔn)直器以及斯托克斯光濾波器獲得斯托克斯散射光，將輸出的第二路分光經(jīng)第二準(zhǔn)直器以及反斯托克斯光濾波器獲得反斯托克斯散射光。
[0020]然后通過光探測模塊對由光濾波器輸出的兩路拉曼散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以及平方律檢波，分別獲得斯托克斯和反斯托克斯光電流信號，兩路光電流信號分別經(jīng)過寬帶高動態(tài)范圍高增益跨阻放大器，再經(jīng)過寬帶高動態(tài)范圍高增益主放大器，從而能夠獲得沿光纖分布的斯托克斯光光強(qiáng)信號和反斯托克斯光強(qiáng)信號。
[0021]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述光濾波模塊與光探測模塊耦合封裝在一起，由此來提尚光的探測效率。
[0022]最后利用數(shù)據(jù)采集器以及信號分析處理器獲得溫度信息，具體步驟為沿探測光纖分布的斯托克斯光電壓信號和反斯托克斯光電壓信號，經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集模塊以及信號處理模塊的數(shù)據(jù)采集處理從而獲得沿光纖分布的溫度信號。
【主權(quán)項】
1.一種高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:包括依次連接的脈沖光源模塊、光環(huán)形模塊、光耦合模塊、光準(zhǔn)直模塊、光濾波模塊、光探測模塊、跨阻放大模塊、主放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊；所述脈沖光源模塊用于向探測光纖注入激光脈沖信號，由所述探測光纖的自發(fā)拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生斯托克斯光和反斯托克斯光，其后向散射光通過所述探測光纖傳播回到發(fā)射端，并通過所述光環(huán)形模塊與光耦合模塊獲取所述后向散射光，再利用所述光準(zhǔn)直模塊和所述光濾波模塊處理所述后向散射光獲得后向拉曼散射光信號，然后由所述光探測模塊、所述跨阻放大模塊以及所述主放大模塊處理所述拉曼散射光信號從而獲得拉曼散射電信號，最后通過所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述信號處理模塊對拉曼散射電信號進(jìn)行采集和處理進(jìn)而獲得沿探測光纖分布的溫度信號。2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:通過所述脈沖光源模塊向光纖注入波長為1550nm高消光比激光脈沖信號。3.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述脈沖光源模塊包括高消光比激光器，通過所述高消光比激光器發(fā)出激光功率可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)的波長為1550nm的高消光比激光脈沖信號，并通過所述光環(huán)形模塊將激光脈沖注入所述探測光纖。4.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述光環(huán)形模塊包括光環(huán)形器，所述光耦合模塊包括光耦合器，利用所述光耦合器將經(jīng)所述光環(huán)形器返回的后向散射光信號分為2路分光，第一路分光占原始信號的10%光能量，第二路分光占原始信號的90%光能量。5.如權(quán)利要求4所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述光準(zhǔn)直模塊包括第一準(zhǔn)直器和第二準(zhǔn)直器，所述光濾波模塊包括斯托克斯光濾波器和反斯托克斯光濾波器，將第一路分光的光信號經(jīng)過第一準(zhǔn)直器和斯托克斯光濾波器獲得斯托克斯散射光，將第二路分光的光信號經(jīng)過第二準(zhǔn)直器以及反斯托克斯光濾波器獲得反斯托克斯散射光。6.如權(quán)利要求5所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述光探測模塊包括第一光探測器和第二光探測器，所述第一光探測器和第二光探測器對從所述光濾波模塊輸出的散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換檢波，從而分別獲得斯托克斯光和反斯托克斯光包絡(luò)電流信號，將上述兩路電流信號分別經(jīng)過所述跨阻放大模塊和所述主放大模塊進(jìn)行信號放大，從而獲得沿所述探測光纖分布的斯托克斯光強(qiáng)信號和反斯托克斯光強(qiáng)信號，最后經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述信號處理模塊采集分析處理兩路光強(qiáng)信號從而獲得沿所述探測光纖分布的溫度信號。7.如權(quán)利要求6所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述跨阻放大模塊包括寬帶高動態(tài)范圍高增益跨阻放大器，所述主放大模塊包括寬帶高動態(tài)范圍高增益三級主放大器。8.如權(quán)利要求6所述的高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，其特征在于:所述斯托克斯光濾波器、反斯托克斯光濾波器、第一光探測器以及第二光探測器耦合封裝。
【專利摘要】本實用新型公開了一種高穩(wěn)定單模光纖自發(fā)拉曼散射光探測器，屬于分布式光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說，本實用新型通過將高消光比的脈沖探測光注入單模光纖，分別通過依次相連的光耦合模塊、光濾波模塊、光探測模塊、跨阻放大模塊、主放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊等進(jìn)行信號采集放大處理，獲得沿長距離光纖分布的高信噪比自發(fā)拉曼散射光信號以及高精度溫度信息。本探測器采用直接光濾波、直接光探測，采用光探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，熱穩(wěn)定性好，不需要復(fù)雜的精細(xì)的恒溫，結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，噪聲小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
【IPC分類】G01K11/32
【公開號】CN204807235
【申請?zhí)枴緾N201520539784
【發(fā)明人】張全寶, 陳章, 張方略
【申請人】南京寶略智能化科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月23日