一种分布式光纤激光器监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式光纤激光器监测系统及方法，该监测系统包括光纤激光器和传感器，所述传感器为传感光纤或传感光缆，所述传感器利用拉曼散射技术对所述光纤激光器内的温度参数进行连续分布式实时监测。本发明专利技术通过利用拉曼散射技术的传感光纤/光缆作为传感器，从而只需要一根光纤，就能够实现对整个光纤激光器的实时温度监测，并且可以准确的获知传感光纤上任一点的信息，解决了点式传感器漏检漏测的问题。此外，采用通信光纤作为传感器还大大降低了传感器的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤激光器监测系统及监测方法
本专利技术涉及光纤激光器系统的安全监测与保护技术，尤其涉及一种分布式光纤激光器监测系统及监测方法。
技术介绍
大功率光纤激光器是钣金切割、金属焊接和增材制造等应用的主流工具，是现代工业4.0及智能制造的重要支撑单元。但是高功率光纤激光光源本身是双刃剑，可实现高能量密度金属块材加工，但是其本身一旦出现故障如光纤漏光温度上升、非线性效应导致热积累、熔点损耗导致发热、挤压增益和传能光纤等情况下可能会严重自我毁伤，甚至会烧毁整个激光器系统。大功率光纤激光器技术的发展也一直是在与废热做斗争(强激光与粒子束.32(1)2020)，监测大功率光纤激光器的安全运行状态对激光应用至关重要。目前大功率光纤激光器内安全参数大多数与热/温度有关。目前在大功率光纤激光系统中自我安全保护采用的是点式的探测器和传感器，用于自我检查和实时探测系统内部各位置运行状态。应用最多的是光电探测器(PD：Photodetector)和温度传感器(Temperaturetransducer)，其中光电探测器主要作用是探测器采集所测点的光纤泄露的微光信号，用以表征该处的激光功率。温度传感器主要作用是探测所测点的温度情况，用以判断该关键位置的器件/光纤/泵浦激光器/电路板是否正常运行。如专利CN107219063A、CN105562952A、CN105914568A、CN103904532B。技术CN205070149U、CN204142995U、CN205961125U、CN206378272U等均采用点式光电探测器和传感器作为检测单元，一个探测器只能探测某一点的信号，实际高功率光纤激光器系统应用需要多个组合逐一位置进行信号探测。这种点式传感器需要每个传感器都接电线、每一路传感器都需要接上电路板，并需要在电路板上做信号采集、信号解调、信号上传、信号处理反馈等工作。有的区域信号微弱还需要给传感器制作专门的放大电路，不仅工作量大，而且增加成本。目前1kW光纤激光器模块的传感器数量在5-10个，而万瓦量级高功率多模光纤激光器系统的传感器多达数百个，实际应用时后台故障定位很难实现，而在没有传感器点位发生的故障难以被发现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现连续分布式温度监测的分布式光纤激光器监测系统。本专利技术的另一目的在于提供一种分布式光纤激光器监测方法。以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。根据本专利技术的一方面，提供了一种分布式光纤激光器监测系统，包括光纤激光器和传感器，所述传感器为传感光纤或传感光缆，所述传感器利用拉曼散射技术对所述光纤激光器内的温度参数进行连续分布式实时监测。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述光纤激光器为千瓦级及以上大功率单模光纤激光器或由多个千瓦级单模光纤激光器模块组成的大功率多模光纤激光器。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述传感器的响应时间在1s以内，温度分辨率在0.1℃以内，测温精度在1℃以内。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述传感器的监测区域包括所述光纤激光器的半导体激光器、增益光纤、光纤器件、监测电路板、激光电源和输出头。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述传感器采用本质安全的无源光纤。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述传感器包括定位功能，所述定位功能采用的是光时域反射技术，定位精度在0.1m以内。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的所述光时域反射技术的测试光束与温度监测传感光束为同一束脉冲激光。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的当所述光纤激光器为大功率多模光纤激光器时，各个模块之间暴露在外传感器敷设有护套。在一实施例中，该分布式光纤激光器监测系统的各个模块之间外部的传感器采用AC/PC接头并通过法兰盘实现冷连接。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种分布式光纤激光器监测方法，该方法采用传感光纤或传感光缆作为传感器，利用拉曼散射技术对光纤激光器内的温度进行连续分布式实时监测。本专利技术系统及方法实施例的有益效果是：通过利用拉曼散射技术的传感光纤/光缆作为传感器，从而只需要一根光纤，就能够实现分布式的实时温度监测，并且可以准确的获知传感光纤上任一点的信息，解决了点式传感器漏检漏测的问题。此外，采用通信光纤作为传感单元还大大降低了传感器的成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。图1是现有单模块光纤激光器内部结构示意图；图2是本专利技术的传感光纤在单模块光纤激光器内部布置示意图；图3是本专利技术大功率多模光纤激光器共用传感光纤示意图；其中：1-半导体激光器；2-光纤器件；3-增益光纤；4-监测电路板；5-传感光纤；6-单模块光纤激光器；7-激光电源；8-监测与控制主机。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本专利技术的保护范围进行任何限制。本专利技术实施例公开了一种光纤激光器监测系统，包括光纤激光器和传感器。其中，传感器为传感光纤或传感光缆，该传感器利用Raman(拉曼)散射技术对光纤激光器内的温度参数进行连续分布式实时监测。其中，利用Raman(拉曼)散射效应进行测温的原理为：大功率窄脉宽激光脉冲半导体激光器输出激光入射到传感光纤后，激光与光纤纤芯中分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，散射光有三个波长，分别是Rayleigh(瑞利)、anti-stokes(反斯托克斯)和stokes(斯托克斯)光；其中anti-stokes温度敏感，为光纤传感的信号光；stokes温度不敏感，为参考光。从传感光纤背向散射的信号光经再次经过分光模块，隔离Rayleigh散射光，透过温度敏感的anti-stokes信号光和温度不敏感的stokes参考光，并且由同一探测器(APD)接收，根据两者的光强比值可计算出温度。本专利技术通过采用全尺度连续分布式光纤传感方式，可以准确的获知传感光纤上任一点的信息，解决了点式传感器漏检漏测的问题。此外，采用普通的通信光纤作为传感单元，大大降低了传感器的成本。优选地，传感器可采用本质安全的无源光纤，具备绝缘性、质量轻、抗电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：包括光纤激光器和传感器，所述传感器为传感光纤或传感光缆，所述传感器利用拉曼散射技术对所述光纤激光器内的温度参数进行连续分布式实时监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：包括光纤激光器和传感器，所述传感器为传感光纤或传感光缆，所述传感器利用拉曼散射技术对所述光纤激光器内的温度参数进行连续分布式实时监测。


2.根据权利要求1所述的分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：所述光纤激光器为千瓦级及以上大功率单模光纤激光器或由多个千瓦级单模光纤激光器模块组成的大功率多模光纤激光器。


3.根据权利要求1所述的分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：所述传感器的响应时间在1s以内，温度分辨率在0.1℃以内，测温精度在1℃以内。


4.根据权利要求1所述的分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：所述传感器的监测区域包括所述光纤激光器的半导体激光器、增益光纤、光纤器件、监测电路板、激光电源和输出头。


5.根据权利要求1所述的分布式光纤激光器监测系统，其特征在于：所述传感器采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，严勇虎，彭宇相，李艳莉，姚之圃，陈伟，朱永刚，宋君，
申请(专利权)人：江苏亨通光纤科技有限公司，江苏亨通光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32