面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及分布式光纤传感领域，公开了一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置和方法。装置包括：脉冲激光器，脉冲激光器发出的脉冲激光经波分复用器后依次入射至第一校准光纤环、第二校准光纤环、第三校准光纤环和传感光纤，在传感光纤中产生的拉曼后向斯托克斯散射光和拉曼后向反斯托克斯散射光被雪崩光电探测器的两个端口分别探测，雪崩光电探测器的输出端通过数据采集卡与计算机连接；本发明专利技术通过测得第一校准光纤环、第二校准光纤环和第三校准光纤环处的拉曼后向反斯托克斯光信号与拉曼后向斯托克斯光信号的平均强度，直接拟合出校准曲线，实现温度解调，避免了定标过程，提高了信噪比和测温精度。提高了信噪比和测温精度。提高了信噪比和测温精度。

【技术实现步骤摘要】
面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置和方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感领域，具体是一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置和方法。

技术介绍

[0002]随着基建的迅速发展，岩土结构越来越复杂，工程规模越来越大，目前的重大基础设施安全监测领域正在面临着巨大的挑战，所要求传感器的监测精度越来越高。然而，常规的点式、电子类传感技术已难以满足复杂基础设施空间连续、长距离、长期安全监测的要求。与传统的电子传感器相比，分布式光纤传感器具有电绝缘、耐腐蚀、本质安全、灵敏度高、质量轻、体积小、可嵌入等特点。拉曼分布式光纤传感技术因可实现光纤沿线分布式位置温度的实时监测，成为国际的重点研究领域。
[0003]在传统拉曼分布式光纤传感技术中，为了解调分布式温度信息，需要在测量前进行定标校准处理。定标时需要将整条传感光纤置于恒定的环境温度中，从而获得整条传感光纤在恒定温度下各个位置处的拉曼信号强度信息。这种将整条传感光纤放置于恒定环境温度进行定标的方法存在两个严重的技术瓶颈。分别是：
[0004](1)定标期间，系统激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置，其特征在于，包括：脉冲激光器(1)、波分复用器(2)、第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)、传感光纤(6)、雪崩光电探测器(7)、数据采集卡(8)和计算机(9)；第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)和第三校准光纤环(5)与传感光纤(6)依次连接在一起；所述脉冲激光器(1)发出的脉冲激光经波分复用器(2)后依次入射至第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)和传感光纤(6)，在传感光纤(6)中产生的拉曼后向斯托克斯散射光和拉曼后向反斯托克斯散射光被所述雪崩光电探测器(7)的两个端口分别探测，所述雪崩光电探测器(7)的输出端通过数据采集卡(8)与所述计算机(9)连接；所述计算机(9)用于根据第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)和传感光纤(6)中的拉曼后向斯托克斯散射光和拉曼后向反斯托克斯散射光的平均强度，以及第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)的温度，计算得到传感光纤(6)的沿线温度。2.根据权利要求1所述的一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置，其特征在于，所述计算单元计算得到传感光纤(6)的沿线温度的计算公式为：其中，Δv为拉曼散射信号的频移，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，T0'表示校准温度，F
Back
(T,L)表示位置L处的拉曼后向反斯托克斯散射光信号强度与拉曼后向斯托克斯散射光信号强度的比值，F
Back
(L)表示位置L处的拉曼后向反斯托克斯校准光信号强度与拉曼后向斯托克斯校准光信号强度的比值。3.根据权利要求2所述的一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置，其特征在于，F
Back
(L)的计算公式为：其中，Φ
as
[L1,L2]和Φ
s
[L1,L2]表示与第一校准光纤环和第二校准光纤环处的拉曼后向反斯托克斯散射光和拉曼后向斯托克斯散射光的平均强度的一阶均差，Φ
as
[L1,L2,L3]和Φ
s
[L1,L2,L3]表示第一校准光纤环、第二校准光纤环和第三校准光纤环处的拉曼后向反斯托克斯散射光和拉曼后向斯托克斯散射光的平均强度的二阶均差，L1、L2、L3分别表示第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)在整个光纤中的位置，Φ
as
(L1)和Φ
s
(L1)分别第一校准光纤环(3)处的拉曼后向反斯托克斯散射光和拉曼后向斯托克斯散射光的平均强度。4.根据权利要求3所述的一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置，其特征在于，所述Φ
as
[L1,L2]、Φ
as
[L1,L2,L3]、Φ
s
[L1,L2]、Φ
s
[L1,L2,L3]的计算公式分别为：
其中，其中，其中，Φ
as
(L2)和Φ
s
(L2)分别表示第二校准光纤环(4)处的拉曼后向反斯托克斯散射光和拉曼后向斯托克斯散射光的平均强度，Φ
as
(L3)和Φ
s
(L3)分别表示第三校准光纤环(5)处的拉曼后向反斯托克斯散射光和拉曼后向斯托克斯散射光的平均强度。5.根据权利要求1所述的一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装置，其特征在于，所述第一校准光纤环(3)、第二校准光纤环(4)、第三校准光纤环(5)的温度保持恒定。6.根据权利要求1所述的一种面向基础设施安全监测的免定标拉曼温度传感装...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，曹康怡，范卜文，张帆，程姿嘉，王芳，张明江，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：