基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法，包括以下步骤：将多波长正交的偏振光通过偏振合束器和多波长偏振合束器输出到拉曼波分复用器，并通过拉曼波分复用器的公共输出端口输出到传感光缆；多波长偏振光在传感光缆中产生反向的斯托克斯光和反斯托克斯光；反向的斯托克斯光和反斯托克斯光经过拉曼波分复用器进入雪崩光电二极管的输入端，经过其进行光电转换和放大；放大后的信号通过数据采集卡同步采集数据；采集的数据通过解调算法单元进行解调，以解调出温度信息。本发明专利技术可使分布式自发拉曼散射温度传感器能够承载的最大光功率提高多倍，从而可以延长传感器工作。

【技术实现步骤摘要】
基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法
本专利技术涉分布式自发拉曼散射温度传感器
，尤其涉及一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法及系统。
技术介绍
分布式光纤温度传感器是近年来发展的一种用于实时测量空间温度分布的光纤传感系统。此技术商业化比较成熟了，但是仍存在一些不完善的地方。目前拉曼分布式温度传感器发展的方向是长距离，高精度。整个系统的信噪比影响了分布式光纤传感器的工作距离，而射入光脉冲的信噪比是影响分布式光纤传感器的工作距离的最关键因素。对于长工作距离的分布式光纤温度传感器，距离越长，末端的光功率越弱，信噪比就越低。同时，受到光纤非线性效应的影响，限制了注入光的最大光功率，距离越长越容易发生非线性效应，所以要进一步降低入射光功率，这样就形成了恶性循环。为了提高光脉冲的信噪比，必须提高功率或者降低噪音。但是噪音有个最低极限，一般来说只能提高注入光源强度，提高注入光强度是一种有效简单的方法，上面分析到了，光功率是有一定极限，可以通过偏振复用或者多波长复用技术可以避免非线性效应，两者的结合也能进一步提高入射光的信噪比。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法，其目的在于产生一种结构简单，成本低，简单有效的方法来增大工作距离。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的系统，包括多个激光器、多个偏振合束器、多波长偏振合束器、拉曼波分复用器、雪崩光电二极管、数据采集卡、解调算法单元和激光器驱动板；多个激光器的输入端均与激光器驱动板连接；其中两个激光器为一组，每组激光器输出波长一致的两束正交的偏振光，每组激光器的输出端均与偏振合束器的输入端口连接；多个偏振合束器的输出端口均与多波长偏振合束器的输入端连接；多波长偏振合束器的输出端与拉曼波分复用器的输入端口连接，拉曼波分复用器的公共输出端口连接传感光缆；拉曼波分复用器的信号端口连接雪崩光电二极管的输入端；雪崩光电二极管光的输出端与数据采集卡连接，数据采集卡还与激光器驱动板连接，数据采集卡的输出端与解调算法单元连接。本专利技术所述的系统中，多波长偏振合束器的输出端通过保偏光纤与拉曼波分复用器的输入端口连接。本专利技术所述的系统中，每两个激光器的输出端均通过保偏光纤与偏振合束器的输入端口连接。本专利技术所述的系统中，多个振合束器的输出端口均通过保偏光纤与多波长偏振合束器的输入端连接。本专利技术还提供了一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法，包括以下步骤：将多波长正交的偏振光通过多波长偏振合束器输出到拉曼波分复用器，并通过拉曼波分复用器的公共输出端口输出到传感光缆；多波长偏振光在传感光缆中产生反向的斯托克斯光和反斯托克斯光，反向的斯托克斯光和反斯托克斯光经过拉曼波分复用器进入雪崩光电二极管的输入端，经过其进行光电转换和放大，放大后的信号通过数据采集卡同步采集数据；采集的数据通过解调算法单元进行解调，以解调出温度信息。本专利技术所述的方法中，通过偏振合束器输出的两束偏振光的偏振态不变。本专利技术所述的方法中，通过偏振合束器的两束正交的偏振光的光强相差不超过3dB，波长一致。本专利技术所述的方法中，输入到不同偏振合束器的偏振光的波长不同，且波长相差不超过10nm，光强相差不超过3dB。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过使用多波长的正交的偏振光，使得分布式自发拉曼散射温度传感器能够承载的最大光功率提高多倍，从而可以使传感器工作距离延长。单独使用偏振复用技术，使信噪比提高3dB。单独使用多波长技术，可以使信噪比提高10*log(N)，N为波长数。联合使用两种技术，可以提高信噪比10*log(2N)。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的多波长正交偏振光源设计示意图；图2是本专利技术实施例提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的系统结构示意图；图3是本专利技术实施例提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法流程图；图4是光纤中散射示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。关于如何提高分布式自发拉曼散射温度传感系统工作距离，现有科研人员的解决方案中有一种思维局限，那就是多波长光源单色性变差，噪音增大。所以现有方案一般都是提高光源的单色性，也就用单波长、单纵模、窄线宽的激光器。对于分布式自发拉曼散射来说，使用多波长光源在一定范围内，单色性变差，噪音增大，但是信号增大的更高，那么信号和噪音的比值还是增大的，即光源信噪比提高。经过多年的研究，本专利技术打破思维定式，提出用多波长来提高光源信噪比。同2015年申请人所提出的偏振光提高光源信噪比的方案相比，从原理上是明显的不同。一个是利用偏振，一个利用的是多波长。本专利技术基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的系统，包括多个激光器、多个偏振合束器、多波长偏振合束器、拉曼波分复用器、雪崩光电二极管、数据采集卡、解调算法单元和激光器驱动板；多个激光器的输入端均与激光器驱动板连接；其中两个激光器为一组，每组激光器输出波长一致的两束正交的偏振光，每组激光器的输出端均与偏振合束器的输入端口连接；多个偏振合束器的输出端口均与多波长偏振合束器的输入端连接；多波长偏振合束器的输出端与拉曼波分复用器的输入端口连接，拉曼波分复用器的公共输出端口连接传感光缆；拉曼波分复用器的信号端口连接雪崩光电二极管的输入端；雪崩光电二极管光的输出端与数据采集卡连接，数据采集卡还与激光器驱动板连接，数据采集卡的输出端与解调算法单元连接。整个系统可以分成两个部分，光源和后续处理的两大块。图1示出了是本专利技术实施例一种提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离多波长正交偏振光源设计图，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：整个系统的光源部分包括第一激光器(保偏光纤输出)1，输出线偏振光；第二激光器(保偏光纤输出)2，输出线偏振光；第一保偏光纤3，保持线偏振光的偏振态；第二保偏光纤4，保持线偏振光的偏振态；第一偏振合束器5，把两束线偏振光合到一根光纤中，并使偏振态不变；第三保偏光纤6，传输两束正交偏振态的光；第三激光器(保偏光纤输出)7，输出线偏振光；第四激光器(保偏光纤输出)8，输出线偏振光；第四保偏光纤9，保持线偏振光的偏振态；第五保偏光纤10，保持线偏振光的偏振态；第二偏振合束器11，把两束线偏振光合到一根光纤中，并使偏振态不变；第六保偏光纤12，传输两束正交偏振态的光；多波长偏振合束器13，把多个波长的偏振光合到一根保偏光纤中，并使偏振态不变，波长不改变；第七保偏光纤14，传输多波长正交偏振态的光。光源工作时，每个波长都有两束正交的偏振光；不同偏振态的光源光强相差不超过3dB；不同波长的光源光强相差不超过3dB。整个光源是为了后续信号的产生和解调服务的。图2是本专利技术实施例一种提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的方法和系统示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的系统，包括多个激光器、多个偏振合束器、多波长偏振合束器、拉曼波分复用器、雪崩光电二极管、数据采集卡、解调算法单元和激光器驱动板；多个激光器的输入端均与激光器驱动板连接；其中两个激光器为一组，每组激光器输出波长一致的两束正交的偏振光，每组激光器的输出端均与偏振合束器的输入端口连接；多个偏振合束器的输出端口均与多波长偏振合束器的输入端连接；多波长偏振合束器的输出端与拉曼波分复用器的输入端口连接，拉曼波分复用器的公共输出端口连接传感光缆；拉曼波分复用器的信号端口连接雪崩光电二极管的输入端；雪崩光电二极管光的输出端与数据采集卡连接，数据采集卡还与激光器驱动板连接，数据采集卡的输出端与解调算法单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长偏振光提高分布式自发拉曼散射温度传感器工作距离的系统，包括多个激光器、多个偏振合束器、多波长偏振合束器、拉曼波分复用器、雪崩光电二极管、数据采集卡、解调算法单元和激光器驱动板；多个激光器的输入端均与激光器驱动板连接；其中两个激光器为一组，每组激光器输出波长一致的两束正交的偏振光，每组激光器的输出端均与偏振合束器的输入端口连接；多个偏振合束器的输出端口均与多波长偏振合束器的输入端连接；多波长偏振合束器的输出端与拉曼波分复用器的输入端口连接，拉曼波分复用器的公共输出端口连接传感光缆；拉曼波分复用器的信号端口连接雪崩光电二极管的输入端；雪崩光电二极管光的输出端与数据采集卡连接，数据采集卡还与激光器驱动板连接，数据采集卡的输出端与解调算法单元连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多波长偏振合束器的输出端通过保偏光纤与拉曼波分复用器的输入端口连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每两个激光器的输出端均通过保偏光纤与偏振合束器的输入端口连接。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：田铭，董雷，宋珂，王丹，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42