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：强度编码光源单元，根据调制码型输出探测光信号；光波分复用器，用作导光单元，包括探测光输入端、传感光纤输入输出端、斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端，其中，探测光输入端连接强度编码光源单元的输出，传感光纤输入输出端连接传感光纤，斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端连接光电探测单元；传感光纤；光电探测单元；信号采集单元，所述信号采集单元的输入连接光电探测单元的输出，对其进行数字信号采集；信号处理单元，所述信号处理单元的输入连接信号采集单元的输出，根据调制码型执行信号解调算法，得到分布式温度传感结果。与现有技术相比，本发明专利技术具有测温精度高、速度快等优点。快等优点。快等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤温度传感器


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其是涉及一种分布式光纤温度传感器。

技术介绍

[0002]分布式光纤温度传感器是一种近年来得到快速发展的新型传感器，它有着抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、成本低、传感距离长等优点，尤其适用于煤矿、天然气管道、石油管道等各种测量范围大，难以到达，环境较恶劣的测量场景。分布式光纤温度传感器以光作为载体，光纤既被作为传输媒介又被作为传感元件，将光纤铺设在被测的温度场中，整条光纤上的任意一点都可以用来对温度进行传感，即分布式温度测量。
[0003]分布式光纤温度传感器基于拉曼散射效应。已有技术方案中，一般采用脉冲光源向传感光纤注入脉冲探测光。脉冲探测光在传感光纤中，将激发后向拉曼散射光，且所激发的后向拉曼散射光的光强度与光纤温度相关。进一步地，脉冲探测光在传感光纤中前向传播的过程中，按时间先后的顺序，将在传感光纤自近端至远端的各个位置激发后向拉曼散射光。后向拉曼散射光回到光纤近端后，被光电探测器接收，获得其光强度。由于探测光脉冲前向传播至传感光纤各处的时间不同，加之光纤各处所激发的后向拉曼散射光返回光纤近端的时间不同，所以，光电探测器捕获的不同时刻的光强度信号，对应光纤各处的后向拉曼散射光的光强度。最后，基于拉曼散射效应的物理机制与光纤材料的相关物理常数，根据光强度计算出光纤各处的温度，即实现了分布式的温度传感。
[0004]拉曼散射型分布式光纤温度传感器的测温精度、测温速度、测温距离均由传感系统的信噪比决定。光纤材料的自发拉曼散射效应极其微弱，故传感光纤通常采用后向拉曼散射光信号相对较强的多模光纤作为传感光纤。相比之下，若选择后向拉曼散射信号光更加微弱的单模光纤作为传感光纤，则系统信噪比进一步下降，其测温精度、测温实时性、最大测温距离均将显著降低，无法满足一些应用的测温指标要求。考虑到，现有各类基础设施如油气管线、海底电缆、通信系统中，大量沿线布设或预留了主要用于通信的单模光纤光缆；若能够引入分布式光纤温度传感器，则既能够满足应用需求，又可以充分利用已有基础设施，但需要进一步提高分布式光纤温度传感系统的信噪比。
[0005]提升脉冲光源的峰值功率，是增强分布式光纤温度传感系统信噪比的方式之一。不过，脉冲光源的有效峰值功率存在一定上限，即受激拉曼散射阈值，一旦脉冲激光器的峰值功率超过该上限，则无法进一步提升系统信噪比。现有商用脉冲光源的峰值功率，均已达到或接近该上限。另一方面，引入编码技术是增强系统信噪比的另一种有效手段。编码技术中，信噪比增益与编码阶数N呈正相关。对于分布式光纤温度传感技术，常用Simplex编码技术来实现系统信噪比的提升。然而，Simplex编码基于N
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N维的矩阵运算，其解码所需的计算机计算资源与存储资源均正比于N的二次方。一旦编码阶数N过大，则解码过程所需的计算成本将剧烈增长甚至不可实现。因此，在基于Simplex编码的实际系统中，编码阶数N一般不超过数百，这限制了Simplex编码技术能够带来的信噪比增益，进而限制了其为系统带来的测温精度、测温速度、测温距离的提升。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了提供一种分布式光纤温度传感器，以提升系统信噪比，进而提升测温精度、测温速度和测温距离。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种分布式光纤温度传感器，包括：
[0009]强度编码光源单元，所述强度编码光源单元根据调制码型输出探测光信号；
[0010]光波分复用器，用作导光单元，所述光波分复用器包括探测光输入端、传感光纤输入输出端、斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端，所述探测光输入端连接强度编码光源单元的输出，所述传感光纤输入输出端连接传感光纤，所述斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端连接光电探测单元；
[0011]传感光纤；
[0012]光电探测单元；
[0013]信号采集单元，所述信号采集单元的输入连接光电探测单元的输出，对其进行数字信号采集；
[0014]信号处理单元，所述信号处理单元的输入连接信号采集单元的输出，根据调制码型执行信号解调算法，得到分布式温度传感结果。
[0015]所述调制码型为二进制伪随机序列。
[0016]所述强度编码光源单元包括连续激光器，光强度调制器，调制码型电信号发生器；
[0017]所述连续激光器的输出连接光强度调制器的光输入端；
[0018]所述调制码型电信号发生器的输出连接光强度调制器的电输入端；
[0019]所述光强度调制器的光输出端输出探测光信号。
[0020]所述强度编码光源单元包括激光二极管，激光二极管驱动电路，调制码型电信号发生器；
[0021]所述调制码型电信号发生器的电输出端连接激光二极管驱动电路的电输入端；
[0022]所述激光二极管驱动电路的电输出端连接激光二极管的电输入端；
[0023]所述激光二极管的光输出端输出探测光信号。
[0024]所述调制码型电信号发生器根据调制码型输出电压信号。
[0025]所述传感光纤为单模光纤或者多模光纤。
[0026]所述光电探测单元包括第一光电探测器，第二光电探测器，其中，
[0027]所述第一光电探测器的输入端连接光波分复用器的斯托克斯光输出端；
[0028]所述第二光电探测器的输入端连接光波分复用器的反斯托克斯光输出端。
[0029]所述信号采集单元包括第一模数转换通道，第二模数转换通道，其中，
[0030]所述第一模数转换通道连接第一光电探测器的输出端，得到第一数字信号；
[0031]所述第二模数转换通道连接第二光电探测器的输出端，得到第二数字信号。
[0032]所述信号处理单元对第一数字信号和第二数字信号根据调制码型执行信号解调算法，得到分布式温度传感结果。
[0033]所述信号解调算法包括以下步骤：
[0034]S1：对第一数字信号执行多次平均去噪，得到第三数字信号；对第二数字信号执行多次平均去噪，得到第四数字信号；
[0035]S2：基于第三数字信号与调制码型执行一次互相关解码计算，得到第五数字信号；基于第四数字信号与调制码型执行一次互相关解码计算，得到第六数字信号；
[0036]S3：将第五数字信号、第六数字信号代入拉曼散射温度方程，得到分布式温度传感结果。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0038]本专利技术选用基于二进制伪随机序列构造调制码型，编码阶数为N，单个探测周期产生的数字信号为一维向量，所需的计算机存储资源正比于N的一次方。在计算机计算资源方面，由于单个探测周期产生的数字信号为一维向量，因此可对多个探测周期产生的多组数字信号先做平均计算，再执行一次循环卷积计算，使得算法对计算资源的需求大幅降低；进一步地，循环卷积函数存在基于快速傅里叶变换的快速算法，可再次降低解调算法对计算资源的需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：强度编码光源单元，所述强度编码光源单元根据调制码型输出探测光信号；光波分复用器，用作导光单元，所述光波分复用器包括探测光输入端、传感光纤输入输出端、斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端，所述探测光输入端连接强度编码光源单元的输出，所述传感光纤输入输出端连接传感光纤，所述斯托克斯光输出端和反斯托克斯光输出端连接光电探测单元；传感光纤；光电探测单元；信号采集单元，所述信号采集单元的输入连接光电探测单元的输出，对其进行数字信号采集；信号处理单元，所述信号处理单元的输入连接信号采集单元的输出，根据调制码型执行信号解调算法，得到分布式温度传感结果。2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述调制码型为二进制伪随机序列。3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述强度编码光源单元包括连续激光器，光强度调制器，调制码型电信号发生器；所述连续激光器的输出连接光强度调制器的光输入端；所述调制码型电信号发生器的输出连接光强度调制器的电输入端；所述光强度调制器的光输出端输出探测光信号。4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤温度传感器，其特征在于，所述强度编码光源单元包括激光二极管，激光二极管驱动电路，调制码型电信号发生器；所述调制码型电信号发生器的电输出端连接激光二极管驱动电路的电输入端；所述激光二极管驱动电路的电输出端连接激光二极管的电输入端；所述激光二极管的光输出端输出探测光信号。5.根据权利要求3或4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉庚，何祖源，罗瑞东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：