一种多模光纤、其应用及测温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多模光纤、其应用及测温系统。所述多模光纤包括芯层和包覆在其外的包层；所述芯层半径为23.75～26.25μm，芯层折射率剖面为渐变型折射率分布，折射率分布指数α为1.80～1.89，芯层相对折射率差值△1％为1.0％～1.15％，其熔接损耗小于或等于0.08dB。其应用于中长距离分布式测温系统，所述系统测温距离达到10km至27km。所述系统包括脉冲光源、波分复用器、雪崩二极管、数据采集装置、上位机以及所述的测温多模光纤。本发明专利技术提供的多模光纤测温空间分辨率强、测温精度高、距离长。本发明专利技术提供的测温系统，结构简单,信噪比高,结果精确。

【技术实现步骤摘要】
一种多模光纤、其应用及测温系统
本专利技术属于测温多模光纤领域，更具体地，涉及一种多模光纤、其应用及测温系统。
技术介绍
温度的测量与控制在航天、材料、能源、冶金等领域都占有极其重要的地位。分布式光纤测温是目前新兴的接触式测温技术，其使用光纤作为温度信息的传感和信号传输的载体，具有连续测温、分布式测温、实时测温、抗电磁干扰、本征安全、远程监控、高灵敏度、安装简便、长寿命等特点，广泛应用于管道、隧道、电缆、石油石化、煤矿等行业。分布式光纤测温系统将拉曼散射原理和光时域反射技术集合，通过采集光纤中携带温度信息的后向自发拉曼散射中的反斯托克斯光作为信号通道，同时采集的斯托克斯光或瑞利散射光作为对比通道，经光电转换及模数转换后通过数据处理还原出沿光纤的温度场分布。分布式光纤测温系统的关键性能参数包括温度分辨率，空间分辨率，测温长度，单次测量时间等。空间分辨率是分布式光纤测温系统中的一个重要指标，它是指测温系统光纤的最小感温长度，具体可表述为：当某一段测温光纤处于温度阶跃变化时，测温光纤的温度响应曲线由10％上升到90％时所对应的响应距离。现有的分布式光纤测温系统，其传感光纤通常采用的是通信用多模光纤。多模光纤具有大的模场面积和高拉曼增益系数，易于通过自发拉曼散射获得光纤沿线的温度信息。但是通信用多模光纤的劣势在于光纤的损耗较大，为获得更高的空间分辨率，往往采用选择传导性更佳的工作波长并针对该工作波长对多模光纤进行参数优化，例如中国专利文献CN102539015A中提到的传感光纤。然而，更重要的是由于多模光纤模间色散(模式差分群时延)引入的脉冲光源的脉宽展宽导致更长距离传感的空间分辨率不足，这在需要较高空间分辨率的温度测量场景下实际上限制了光纤的传感距离，导致测温长度不足。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种测温多模光纤、其应用及测温系统，其目的在于通过对光纤参数的选择实现工作波段、反斯托克斯拉曼散射光(1450nm)和斯托克斯拉曼散射光(1660nm)光衰明显降低，由此解决现有技术分布式测温光纤，传感距离有限、测温长度不足的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种测温多模光纤，包括芯层和包覆在其外的包层；所述芯层半径为23.75～26.25μm，芯层折射率剖面为渐变型折射率分布，折射率分布指数α为1.80～1.89，芯层相对折射率差值△1％为1.0％～1.15％，其熔接损耗小于或等于0.08dB。优选地，所述测温多模光纤，其数值孔径为0.190～0.205。优选地，所述测温多模光纤，其芯层材质为锗/氟共掺体系的SiO2石英玻璃。优选地，所述测温多模光纤，其包层材质为高纯石英玻璃。优选地，所述测温多模光纤，其包层半径62.0～63.0μm。优选地，所述测温多模光纤，其芯层半径为24.5～25.5μm，折射率分布指数α为1.84～1.86，所述测温多模光纤数值孔径为0.195～0.200。优选地，所述测温多模光纤，其包层涂覆有高分子材料；所述高分子材料优选为丙烯酸树脂或耐高温的聚酰亚胺涂料；当所述高分子材料为丙烯酸树脂时，所述测温多模光纤外径为245±10μm；当所述高分子材料为耐高温的聚酰亚胺涂料时，所述测温多模光纤外径为160±10μm。按照本专利技术的另一个方面，提供了本专利技术所述的测温多模光纤的应用，其应用于中长距离分布式测温系统，所述系统测温距离达到27km。按照本专利技术的另一方面，提供了一种分布式测温系统，其包括脉冲光源、波分复用器(WDM)、崩二极管(APD)、数据采集装置、上位机以及本专利技术提供的测温多模光纤；所述激光光源发出的激光通过WDM与所述测温多模光纤相连；所述波分复用器(WDM)用于接收所述测温多模光纤信号，与雪崩二极管(APD)连接，传输1450nm和1660nm的光信号；所述雪崩二极管(APD)用于将光信号转化为电流信号，与数据采集装置连接，传输1450nm和1660nm的光信号；所述数据采集装置与上位机相连；所述上位机接收到数据采集装置采集的数据。优选地，所述分布式测温系统，其激光光源采用1550nm脉冲光源；所述测温多模光纤最长的测温距离可以达到27km、在熔接点的熔接损耗低于0.08dB，可以减少因为熔接点导致的温度跳变，避免测温系统误报警。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的多模光纤和一般通信多模光纤相比同时优化了1550nm的带宽和1450nm的损耗，增强了测温系统的空间分辨率、提高测温精度和测温距离，使得本专利技术提供的多模光纤能应用于中长距离的测温系统，测温距离达到10km至27km。优选方案，优化了芯层半径和数值孔径，使光纤的熔接损耗更低，保证长距离光传输效果。(2)本专利技术提供的测温系统，结构简单，由于光纤熔接损耗小，带宽高，因此噪声小、信噪比高，测温结果精确。附图说明图1是本专利技术提供的测温多模光纤结构示意图；图2是本专利技术提供的测温多模光纤折射率剖面示意图；图3是本专利技术提供的测温多模光纤光纤衰减谱；图4是本专利技术提供的分布式测温系统结构示意图；图5是本专利技术实施例8提供的分布式测温系统空间分辨率测试结果图。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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的测温多模光纤，如图1所示，包括芯层、包覆在其外的包层、以及涂覆在包层表面的高分子材料；所述芯层半径在为23.75～26.25μm，优选24.5～25.5μm；芯层折射率剖面为渐变型折射率分布，折射率分布指数α为1.80～1.89，优选为1.84～1.86；芯层相对折射率差值△1％为1.0％～1.15％，如图2所示，其熔接损耗小于或等于0.08dB；所述芯层材质优选为锗/氟共掺体系的SiO2石英玻璃。所述包层半径62.0～63.0μm,优选62.1～62.7μm，材质优选高纯石英玻璃。所述高分子材料优选为丙烯酸树脂或耐高温的聚酰亚胺涂料；当所述高分子材料为丙烯酸树脂时，所述测温多模光纤外径为245±10μm；当所述高分子材料为耐高温的聚酰亚胺涂料时，所述测温多模光纤外径为160±10μm。所述多模光纤其数值孔径为0.190～0.205，优选为0.195～0.200；其熔接损耗小于或等于0.08dB，可以减少因为熔接点导致的温度跳变，避免测温系统误报警，尤其是在长距离传输时，熔接损耗对于测温效果影响较大。本专利技术提供的多模光纤在1550nm的有效模式带宽达到500MHz*km以上，最优带宽可达1000MHz*km以上；在1450nm的衰减低于0.5dB/km多模光纤具有大的模场面积和高拉曼增益系数，易于通过自发拉曼散射获得光纤沿线的温度信息。典型的分布式测温系统激发光采用1550nm光源，这个光源对应的反斯托克斯拉曼散射光(1450nm)作为测温信号通道，斯托克斯拉曼散射光(1660nm)作为测温参考通道。本专利技术突破以往针对探测激光进行光纤设计的思维，针对测温系统，对斯托克斯拉曼散射光和反斯托克本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测温多模光纤，其特征在于，包括芯层和包覆在其外的包层；所述芯层半径为23.75～26.25μm，芯层折射率剖面为渐变型折射率分布，折射率分布指数α为1.80～1.89，芯层相对折射率差值△1％为1.0％～1.15％，其熔接损耗小于或等于0.08dB。

【技术特征摘要】
1.一种测温多模光纤，其特征在于，包括芯层和包覆在其外的包层；所述芯层半径为23.75～26.25μm，芯层折射率剖面为渐变型折射率分布，折射率分布指数α为1.80～1.89，芯层相对折射率差值△1％为1.0％～1.15％，其熔接损耗小于或等于0.08dB。2.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，其数值孔径为0.190～0.205。3.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，所述芯层材质为锗/氟共掺体系的SiO2石英玻璃。4.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，所述包层材质为高纯石英玻璃。5.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，所述包层半径62.0～63.0μm。6.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，所述芯层半径为24.5～25.5μm，折射率分布指数α为1.84～1.86，所述测温多模光纤数值孔径为0.195～0.200。7.如权利要求1所述的测温多模光纤，其特征在于，所述包层涂覆有高分子材料；所述高分子材料优选为丙烯酸树脂或耐高温的聚酰亚胺涂料；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪振东，汪松，刘彤庆，杨晨，茅昕，童维军，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42