一种分布式光纤温度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种分布式光纤温度传感器，包括依次连接的脉冲光纤激光器、第1光隔离器、环形器和光纤拉曼放大器；所述环形器连接第3波分复用器；所述第3波分复用器连接光电转换信号处理单元；所述光电转换信号处理单元连接数据采集单元；所述数据采集单元连接温度解调单元。本发明专利技术技术方案适用于50Km以上的长距离温度测量及灾害预警。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及光纤传感
，更具体涉及一种分布式光纤温度传感器。
技术介绍
：光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而兴起的一种新型传感技术。它以光波为传感信号，以光纤为传输介质，感知和探测外界信号，在传感方式、传感原理以及信号探测与处理等方面都与传统的电学传感器有很大差异。基于后向拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器的应用也日趋成熟，国内外已经有各种类型的全分布式光纤传感器产品，并开始嵌入和装备到电力、港口，石油石化输运、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝煤矿等各种设施中。但其在测量长度(距离)、空间分辨率、测温精度、可靠性、多参量和智能化方面尚不能满足应用的要求。特别是在距离要求较高的长距离油气管线，对分布式光纤测温的传输距离提出了更高的要求。现有的基于后向拉曼散射原理的测温技术，受限于注入传感光纤的光脉冲能量，传感距离受到限制，一般低于15Km。采用目前通用的注入光放大技术，即EDFA(掺铒光纤放大)或传统拉曼放大器技术放大的方式，可以显著提高注入光纤的光脉冲能量，但由于EDFA技术存在功率放大不均匀，即放大平坦度不佳的问题，且采用上述两种技术均容易在光纤中激发受激拉曼散射效应，即非线性效应，无法实现距离大于30Km的分布式温度传感。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种分布式光纤温度传感器，可实现超过50km的远距离传输。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种分布式光纤温度传感器，包括依次连接的脉冲光纤激光器、第1光隔离器、环形器和光纤拉曼放大器；所述环形器连接第3波分复用器；所述第3波分复用器连接光电转换信号处理单元；所述光电转换信号处理单元连接数据采集单元；所述数据采集单元连接温度解调单元。所述光纤拉曼放大器包括依次连接的第1拉曼泵浦激光器、第2光隔离器、第1波分复用器、传感光纤、第2波分复用器6、第3光隔离器和第2拉曼泵浦激光器；所述第1波分复用器与所述环形器连接。所述脉冲光纤激光器1发出脉冲光至所述第1光隔离器；所述环形器3的1端口与所述第1光隔离器相连；所述环形器3的2端口与所述第1波分复用器的R端口相连接；所述第1波分复用器4COM端口连接传所述感光纤；所述传感光纤的末端与所述第2波分复用器的COM端口相连；所述第1波分复用器的T端连接所述第1拉曼泵浦激光器9；所述第2波分复用器的T端口连接所述第2光隔离器7。1660nm拉曼散射光与经过双向拉曼放大的1450nm反斯托克斯拉曼散射光通过所述第1波分复用器的R端口和环形器的3端口进入所述第3波分复用器；所述第3波分复用器两个输出端口分别输出1450nm与1660nm的后向拉曼散射光，并由所述光电转换信号处理单元进行光电转换及信号放大处理；所述数据采集单元完成信号累加并将数据上传上位机中的所述温度解调单元。所述脉冲激光器的中心波长为1550nm，其光谱宽度为0.1nm,所述脉冲激光器的脉冲宽度为5～100ns，峰值功率为1～100W，重复频率为100Hz～1MHz。所述第1波分复用器的T端和第2波分复用器的T端透射波长为1360±15nm,各自的R端反射波长分别为1450±15nm和1660±15nm；每个波分复用器的隔离度均大于45dB。所述第2光隔离器和第3光隔离器的工作波长范围均为1360nm±30nm,隔离度均大于60dB。所述第1拉曼泵浦激光器和第2拉曼泵浦激光器的波长均为1360nm,每个拉曼泵浦激光器的光谱3dB谱宽均为0.1nm，各自的输出功率均为100-800mW。所述第3波分复用器的T端透射波段为1450±15nm和1660±15nm,其隔离度大于60dB。所述光电转换信号处理单元的响应波长为1000～1700nm,响应度为6～9A/W，带宽为100MHz～300MHz。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果1、本专利技术技术方案避免采用中继的方式延长传感距离，无需在传感光纤沿线增加工作站，能够有效的解决成本问题并显著降低施工难度；2、本专利技术技术方案采用了拉曼放大的方式，使得系统在长距离传感沿线的后向散射信号得到均匀放大，提高了有效信号的动态范围；3、本专利技术技术方案结构简单、信噪比好；4、本专利技术技术方案适用于50Km以上的长距离温度测量及灾害预警；5、本专利技术技术方案使用1360nm波段的泵浦光单独对拉曼反斯托克斯后向散射光进行拉曼放大，并采用了双向放大方式，增益近30dB，在不改变反斯托克斯信号信噪比的条件下放大了反斯托克斯信号，大大延长了分布式光纤测温系统的传感距离。附图说明图1为本专利技术技术方案提供的传感器结构示意图；其中，1-脉冲光纤激光器，2-第1光隔离器，3-环形器，4-第1波分复用器，5-传感光纤，6-第2波分复用器，7-第2光隔离器，8-第3光隔离器，9-第1拉曼泵浦激光器，10-第2拉曼泵浦激光器，11-第3波分复用器，12-光电转换信号处理单元，13-数据采集单元，14-温度解调单元。具体实施方式下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。实施例1：本例的专利技术提供一种分布式光纤温度传感器，如图1所示，包括脉冲光纤激光器1，第1光隔离器2，环形器3，第1波分复用器4，传感光纤5，第2波分复用器6，第2光隔离器7，第3光隔离器8，第1拉曼泵浦激光器9，第2拉曼泵浦激光器10，第3波分复用器11，光电转换信号处理单元12，数据采集单元13，温度解调单元14。脉冲光纤激光器1发出脉冲光，与第1光隔离器2连接，其作用是防止光路中的反射光对脉冲激光器产生破坏。环形器3的1端口与第1光隔离器2相连，2端口与第1波分复用器4的R端口相连接，第1波分复用器4COM端口连接传感光纤。传感光纤末端与第2波分复用器6的COM端相连，第1波分复用器4和第2波分复用器6的T端分别连接第1拉曼泵浦激光器9、第2光隔离器7和第2拉曼泵浦激光器10、第3光隔离器8。1660nm拉曼散射光与经过双向拉曼放大的1450nm反斯托克斯拉曼散射光通过第1波分复用器4的R端口、环形器3的3端口进入第3波分复用器8，第3波分复用器11两个输出端口分别输出1450nm与1660nm的后向拉曼散射光，并由光电转换及信号处理单元12进行光电转换及信号放大处理，数据采集单元13完成信号累加并将数据上传上位机温度解调单元14。由第1波分复用器4、第2波分复用器6，第1拉曼泵浦激光器9、第2拉曼泵浦激光器10，第2光隔离器7、第3光隔离器8和传感光纤5构成双向S波段光纤拉曼放大器。第1波分复用器、第2波分复用器和第3波分复用器均为3端口器件，分别为R(反射)、T(透射)、COM(通信)端口。光纤拉曼放大器的工作原理为：1360nm的拉曼泵浦激光器在传感光纤中发生拉曼散射效应，可以放大波长为1446nm的信号光并具有6THz的带宽，转换成波长放大范围是45nm，1450nm波段的拉曼反斯托克斯光正好落在1360nm泵浦光的增益带宽内，就会受到强泵浦光的放大。其中，第1、第2拉曼泵浦激光器分别起到后向、前向拉曼放大的作用。这种分布式放大，可以克服集中式光纤放大器的缺点，传输线路与放大同在光纤中进行，因而耦合损耗很小，噪声较低，增益稳定性好。所述的融合一阶拉曼放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤温度传感器，其特征在于：包括依次连接的脉冲光纤激光器、第1光隔离器、环形器和光纤拉曼放大器；所述环形器连接第3波分复用器；所述第3波分复用器连接光电转换信号处理单元；所述光电转换信号处理单元连接数据采集单元；所述数据采集单元连接温度解调单元。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤温度传感器，其特征在于：包括依次连接的脉冲光纤激光器、第1光隔离器、环形器和光纤拉曼放大器；所述环形器连接第3波分复用器；所述第3波分复用器连接光电转换信号处理单元；所述光电转换信号处理单元连接数据采集单元；所述数据采集单元连接温度解调单元。2.如权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于：所述光纤拉曼放大器包括依次连接的第1拉曼泵浦激光器、第2光隔离器、第1波分复用器、传感光纤、第2波分复用器6、第3光隔离器和第2拉曼泵浦激光器；所述第1波分复用器与所述环形器连接。3.如权利要求2所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于：所述脉冲光纤激光器1发出脉冲光至所述第1光隔离器；所述环形器3的1端口与所述第1光隔离器相连；所述环形器3的2端口与所述第1波分复用器的R端口相连接；所述第1波分复用器4COM端口连接传所述感光纤；所述传感光纤的末端与所述第2波分复用器的COM端口相连；所述第1波分复用器的T端连接所述第1拉曼泵浦激光器9；所述第2波分复用器的T端口连接所述第2光隔离器7。4.如权利要求3所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于：1660nm拉曼散射光与经过双向拉曼放大的1450nm反斯托克斯拉曼散射光通过所述第1波分复用器的R端口和环形器的3端口进入所述第3波分复用器；所述第3波分复用器两个输出端口分别输出1450nm与1660nm的后向拉曼散射光，并由所述光电转换信号处理单元进行光电转换及...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷煜卿，陈希，汪洋，张晔，张睿汭，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11