光模式噪声平均装置制造方法及图纸

一种光模式噪声平均装置（３０４），包括：多模光纤（３０２）和平均装置（３０８），用于平均该多模光纤（３０２）内传播的光模式噪声诱发的信号强度变化。在一个选取的时间段内，通过周期性改变多模光纤（３０２）的折射率，扰乱多模光纤（３０２）内的光分布，或二者，平均装置可以平均模式噪声诱发的信号强度变化。通过周期性改变多模光纤（３０２）的温度，可以周期性改变该多模光纤的折射率。或者，通过周期性操作多模光纤（３０２），可以改变折射率或可以扰乱该多模光纤内的光分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃烧监测操作，具体涉及用于平均与多模光纤相关的模式噪声的设备和方法。
技术介绍
在美国产生的大部分电功率是在燃煤火力发电厂生产的。大多数全球性电产量同样地依靠煤作为主要的能源。只要长期的环境影响是来自核能生产厂的废物贮存以及与太阳能发电厂的低效率，在可以预见的未来，煤仍然可能作为主要的能源。此外，巨大的全球性煤炭贮存量在当前的消耗水平下足以维持至少200年。然而，现在和将来对于减少与燃煤发电相关的污染物排放以及增加燃煤发电过程的整体效率仍有很高的要求。传统上，在火力发电厂和其他工业燃烧设备中，燃烧过程的效率和污染物排放的水平是利用诸如非分散型红外线(NDIR)光度测量法的技术通过提取气体样本的测量而间接确定的。提取物抽样系统不是特别适合于闭环控制燃烧过程，因为在气体提取与最终分析的时间之间可以引入很大的时间延迟。此外，提取过程通常得到单点的测量结果，在高度变化和动态燃烧过程室内，该测量结果可能或不可能代表测量品种的实际浓度。最近以来，一直利用激光基光分子品种传感器解决与提取测量技术相关的问题。激光基测量技术可以在现场实现，它的另一个优点是适合于动态过程控制的高速反馈。一种用于测量燃烧气体成分，温度和其他燃烧参数的有前景技术是可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)。TDLAS非常适合于控制和监测燃煤的燃烧过程。TDLAS同样适合于监测其他的燃烧过程。具体地说，此处描述的光谱术适用于监测和控制喷气飞机发动机燃烧过程。TDLAS通常是利用在近红外和中红外光谱区工作的二极管激光器实现的。合适的激光器广泛地应用于电信工业，所以，在TDLAS应用中是容易获得的。人们已开发多多少少适合于检测和控制燃烧过程的各种TDLAS技术。众所周知的技术是波长调制光谱术，频率调制光谱术和直接吸收光谱术。这些技术中的每种技术是基于检测器接收的激光数量与性质之间的预定关系，这是发生在光传输通过燃烧过程室并在特定光谱带被吸收之后，光谱带是在该过程或燃烧室中气体的特征频谱带。检测器接收的吸收谱用于确定被分析气体品种的数量以及相关的燃烧参数，例如，温度。典型的燃煤火力发电厂中燃烧室的一侧尺寸是10-20米。火力发电厂的燃料是粉煤，它产生的燃烧过程因高度粉尘而使激光的传输受阻，而且还发出强光。其环境也是高度湍流的。由于粒子的宽带吸收，散射或由于折射率起伏造成的光束转向，光通过燃烧过程室的总体传输速率是随时间剧烈起伏的。从燃煤颗粒中还产生强烈的热背景辐射，该辐射可以干扰检测器的信号。火力发电厂锅炉以外的环境也使TDLAS检测或控制系统的实施产生问题。例如，任何电子元件，光学系统或其他的灵敏光谱术元件必须放置在远离强烈的热源，或采取合适的屏蔽和冷却措施。即使TDLAS系统在这些条件下的实施是极其困难的，TDLAS仍然是特别适合于监测和控制煤燃烧过程。如在2004年3月31日申请的International PatentApplication Serial Number PCT/US04/10048(Publication NumberWO 2004/090496)中所详细地讨论的，其标题是“METHOD ANDAPPARATUS FOR THE MONITORING AND CONTROL OFCOMBUSION”，该申请全文合并在此供参考，光纤耦合对于实施TDLAS系统是特别有利的。在光纤耦合系统中，一个或多个探测光束传输到发射端光学设备并投射进入燃烧室，该光束可以由各种相关波长的复用光束构成。在传输通过燃烧室之后，探测光束是在接收端光学设备中被接收。如在International Patent Application SerialNumber PCT/US04/10048中所详细讨论的，在接收端光学系统中使用多模光纤是有利的。使用多模光纤必然产生模式噪声，模式噪声是被检测光的信号强度变化，它是在收集和传输光的多模光纤芯中非均匀的时间和波长变化的光分布产生的。接收端模式噪声可以妨碍有效TDLAS必须观察的吸收特征。模式噪声的现象不限于TDLAS或由TDLAS装置造成的，TDLAS装置的特征是接收端多模光纤。与此相反，模式噪声不可避免地发生在有足够长度用于传输光的任何多模光纤中。模式噪声在多模光纤中是不可避免的，因为多模光纤与单模光纤比较有很大的截面直径，它可以使光沿多条光程或以多个模式传播。一些光程或模式比其他的光程或模式长或短。因此，必然发生相长干涉和相消干涉，从而在多模光纤的纤芯中产生非均匀的时间和波长变化的光分布，它造成典型的模式噪声散斑图形。因此，模式噪声发生在利用足够长度多模光纤的计算，电信，或其他的科学设备中。模式噪声是否影响给定光学系统的效率取决于特定系统的要求。本专利技术的目的是克服以上讨论的一个或多个问题。
技术实现思路
本专利技术是一种光模式噪声平均装置，包括多模光纤和平均装置，用于平均该多模光纤内传播的光模式噪声诱发的信号强度变化。在一个选取的时间段内，通过周期性改变多模光纤的折射率，扰乱多模光纤的光分布，或二者，平均装置可以平均模式噪声诱发的信号强度变化。通过周期性改变多模光纤的温度，可以周期性改变该多模光纤的折射率。通过周期性和实际操作多模光纤，可以改变折射率或可以扰乱该多模光纤内的光分布。通过热元件与多模光纤的热交换作用，可以改变该多模光纤的温度。用作热元件的合适装置包括，但不限于，热电模块，电阻加热器，红外线加热器，化学加热器，普通冷却装置，冷却到环境温度以下的流体源，或加热到环境温度以上的流体源。光学装置可以包括与多模光纤热接触的温度传感器，例如，热电偶，和控制器，用于从温度传感器接收输入并控制热元件。在描述用于周期性操作多模光纤的另一个实施例中，该操作可以包括扭曲多模光纤，拉伸多模光纤，或震动多模光纤。压电拉伸器可用于完成多模光纤的周期性拉伸。或者，电动机可以相对于光纤的纵轴和相对于该光纤的固定部分以交替的顺时针方向和逆时针方向周期性扭曲部分的多模光纤。本专利技术还涉及一种在多模光纤中平均光模式噪声的方法，包括耦合光到多模光纤的输入端，周期性改变多模光纤的折射率，和在多模光纤的输出端接收平均的光。模式噪声平均方法可以包括通过周期性改变多模光纤的温度和周期性操作多模光纤的两种方法之一改变折射率。通过提供与多模光纤热交换的热元件，可以周期性改变多模光纤的温度。或者，通过扭曲多模光纤，拉伸多模光纤或震动多模光纤，可以周期性操作该多模光纤。附图说明 图1是TDLAS检测`设备的示意图； 图2是TDLAS检测`设备的示意图，它描述与燃烧室附近的元件光耦合的远程元件； 图3是按照本专利技术光模式噪声平均装置的示意图； 图4是温度基相移设备的分解图，其中加热到环境温度以上或冷却到环境温度以下的流体源作为热元件； 图5是利用一系列热电装置作为热元件的温度基相移设备的分解图； 图6是图5所示温度基相移设备的另一个分解图； 图7是利用电动机的光模式噪声平均装置示意图，该电动机用于机械操作多模光纤； 图8是利用压电拉伸器的光模式噪声平均装置示意图，该拉伸器用于机械操作多模光纤；和 图9是发射端模式噪声减小装置的示意图。具体实施例方式A.概述 本专利技术的优选实施例是一种光模式噪声平均设备。在以下的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：　　　　多模光纤；和　　　　平均装置，用于平均该多模光纤内传播的光的模式噪声诱发的信号强度变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：BP马斯特森，艾利克C休尔森，伊恩S史密斯，
申请(专利权)人：佐勒技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]