本发明专利技术公开的光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器，包括脉冲编码光纤激光器驱动电源，脉冲编码光纤激光器，光纤分路器，光纤拉曼频移器，两个光纤波分复用器，两个光纤开关，传感光纤，光电接收模块，数字信号处理器和工控机。该传感器用一只脉冲编码光纤激光器通过光纤拉曼频移器获得拉曼相关双波长光源，自校正在现场使用测温光纤光缆时由于光纤、光缆产生的弯曲和受压拉伸而造成的非线性损耗，克服了测温系统中用斯托克斯拉曼参考通道解调反斯托克斯拉曼信号通道时偏离线性而造成的测温误差。成本低、寿命长、结构简单、信噪比好，可靠性好，适用于超远程80公里范围内石化管道，隧道，大型土木工程监测和灾害预报监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤拉曼温度传感器，特别是光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器，属于光纤传感
技术介绍
近年来，利用光纤拉曼散射光強度受温度调制的效应和光时域反射(OTDR)原理研制成分布式光纤拉曼温度传感器，它可以在线实时预报现场的温度和温度変化的取向，在线监测现场温度的变化，在一定的温度范围设置报警温度，是一种本质安全型的线型感温探测器，已在电力工业、石化企业、大型土木工程和在线灾害监测等领域成功地应用。由于各个波段的光纤损耗是不同的，即光纤损耗存在光谱效应，在分布式光纤拉曼温度传感器中用反斯托克斯拉曼散射光作为测量温度信号通道，用斯托克斯拉曼散射光作为测量温度参考通道，由于两个通道在不同波段，测温光纤的损耗不同，在测温系统中用斯托克斯拉曼参考通道解调反斯托克斯拉曼信号通道时出现非线性现象，而造成的测温误差，降低了测温精度，对于固定的波长的光纤损耗可以在解调过程中进行人为校正。张在宣于2009年提出《拉曼相关双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器》 (中国专利技术专利ZL 200910102201. 1)，采用1550nm激光器为主光源，1450nm激光器为副光源，利用拉曼相关自校正方法解决了中、短程100m-15km在线温度监测中的校正问题。但需要用主光源和副光源两只光源，比较复杂，造价高，且不能完全满足近年来石油管道、传输电力电缆的安全健康监测的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低、信噪比好，稳定性和可靠性好的光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器。本专利技术的光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器，包括脉冲编码光纤激光器驱动电源，脉冲编码光纤激光器，光纤分路器，由单模光纤和 1660nm滤光器组成的光纤拉曼频移器，第一光纤波分复用器，第二光纤波分复用器，第一光纤开关，传感光纤，第二光纤开关，光电接收模块，数字信号处理器和工控机，脉冲编码光纤激光器驱动电源的输入端与数字信号处理器的一个输出端相连，脉冲编码光纤激光器驱动电源的输出端与脉冲编码光纤脉冲激光器相连，数字信号处理器产生的时间序列脉冲编码信号经脉冲编码光纤激光器驱动电源驱动脉冲编码光纤激光器，产生时间序列编码的激光脉冲，作为传感器的泵浦源，脉冲编码光纤脉冲激光器发出的时间序列激光脉冲通过光纤分路器分成两束，其中一束1550nm波段的激光进入光纤拉曼频移器，经频移13. 2THz到 1660nm波段作为主光源，另一束1550nm波段的激光作为副光源，第一光纤波分复用器具有三个端口，它的1660nm输入端口与光纤拉曼频移器输出的主光源相连，COM端口与第一光纤开关的一个输入端相连，M50nm输出端口与第二光纤开关的一个输入端相连，第二光纤波分复用器具有三个端口，其中的1550nm输入端口与光纤分路器分束的副光源相连，COM 端口与第一光纤开关的另一个输入端相连，1660nm输出端口与第二光纤开关的另一个输入端相连，第一光纤开关的输出端与传感光纤相连，第二光纤开关的输出端与光电接收模块的输入端相连，光电接收模块的输出端与数字信号处理器的输入端相连，数字信号处理器的另一个输出端与工控机相连，第一、第二两只光纤开关联动，利用第一光纤开关将第一光纤波分复用器和第二光纤波分复用器输出的两束激光分时交替地进入传感光纤，利用第二光纤开关将第一光纤波分复用器和第二光纤波分复用器的输出端分时交替地与光电接收模块相连，当第一光纤开关通过第一光纤波分复用器与1660nm主光源相连时，第二光纤开关输入端与第一光纤波分复用器1550nm输出端口相连，将传感光纤的反斯托克斯回波送入光电接收模块；当第一光纤开关通过第二光纤波分复用器与1550nm副光源相连时，第二光纤开关输入端与第二光纤波分复用器1660nm输出端口相连，将传感光纤的斯托克斯回波送入光电接收模块，数字信号处理器将采集、累加的脉冲编码光回波信号经过解码解调后输给工控机处理，获得80km传感光纤所在现场各点的应变、温度信息并传送给远程监控网。本专利技术中，所述的脉冲编码光纤激光器由F-P半导体激光器和掺饵光纤放大器组成，中心波长为1550nm，光谱宽度为3nm，激光的单位脉冲宽度<6ns。本专利技术中，所述的1660nm滤光器的中心波长为1660nm，光谱带宽^nm,透过率 98%，对1550nm激光的隔离度>45dB。本专利技术中，所述的传感光纤是通信用89km G652光纤或DSF色散位移光纤或碳涂复单模光纤。传感光纤既是传输介质又是传感介质，铺设在测温现场不带电，抗电磁干扰， 耐辐射，耐腐蚀。本专利技术中，所述的数字信号处理器采用嵌入式设计，由以ADS62P49采集芯片为核心的高速采集器和以ADSP-BF561芯片为核心的高速数字处理器组成。工作时，脉冲编码光纤激光器发出的时间序列编码激光脉冲分别轮流通过第一、 第二光纤波分复用器射入传感光纤，在传感光纤上产生的主激光的反斯托克斯拉曼光子波经第一光纤波分复用器分束，由光电接收模块转换成模拟电信号并放大，副激光的斯托克斯拉曼光子波经第二光纤波分复用器分束，由光电接收模块转换成模拟电信号并放大，背向的反斯托克斯拉曼光和斯托克斯拉曼光两者的强度比，得到光纤各段的温度信息，给出传感光纤上各点(小段)的温度，利用光时域反射对感温光纤上拉曼光子感温火灾探测点定位(光纤雷达定位)。通过数字信号处理器和工控机解码解调，经过温度定标，在60秒内得到80km传感光纤上各段的温度和温度变化量，测温精度士 1° C，在0° C-3000 C范围内进行在线温度监测，由工控机通过通讯接口、通讯协议进行远程网络传输。采用序列脉冲编码解码的分布式光纤拉曼温度传感器的编码解码原理本传感器的序列脉冲编码是通过S矩阵转换来实现的，S矩阵转换是标准哈达马得 (Hadamard)转换的一种变式，也可称为哈达马得转换。S矩阵的元素均由“0”和“ 1”组成， 这一特点很适用于激光序列脉冲编码，在实际应用中可用“0”代表激光器关闭，用“ 1，，代表激光器开启。这种采用“0”、“1”的编码方式又可称为简单编码。而解码的过程是对应的逆 S矩阵转换。由编码原理推导得知，采用N位的序列脉冲编码解码可获得的信噪比改善为权利要求1.光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是包括脉冲编码光纤激光器驱动电源(9)，脉冲编码光纤激光器(10)，光纤分路器(11 )，由单模光纤(12)和1660nm滤光器(13)组成的光纤拉曼频移器，第一光纤波分复用器(14)， 第二光纤波分复用器(15)，第一光纤开关(16)，传感光纤(17)，第二光纤开关(18)，光电接收模块(19)，数字信号处理器(20 )和工控机(21)，脉冲编码光纤激光器驱动电源(9 )的输入端与数字信号处理器(20)的一个输出端相连，脉冲编码光纤激光器驱动电源(9)的输出端与脉冲编码光纤脉冲激光器(10)相连，数字信号处理器(20)产生的时间序列脉冲编码信号经脉冲编码光纤激光器驱动电源(9)驱动脉冲编码光纤激光器(10)，产生时间序列编码的激光脉冲，作为传感器的泵浦源，脉冲编码光纤脉冲激光器(10)发出的时间序列激光脉冲通过光纤分路器本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 光纤拉曼频移器双波长脉冲编码光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是包括脉冲编码光纤激光器驱动电源（９），脉冲编码光纤激光器（１０），光纤分路器（１１），由单模光纤（１２）和１６６０ｎｍ滤光器（１３）组成的光纤拉曼频移器，第一光纤波分复用器（１４），第二光纤波分复用器（１５），第一光纤开关（１６），传感光纤（１７），第二光纤开关（１８），光电接收模块（１９），数字信号处理器（２０）和工控机（２１），脉冲编码光纤激光器驱动电源（９）的输入端与数字信号处理器（２０）的一个输出端相连，脉冲编码光纤激光器驱动电源（９）的输出端与脉冲编码光纤脉冲激光器（１０）相连，数字信号处理器（２０）产生的时间序列脉冲编码信号经脉冲编码光纤激光器驱动电源（９）驱动脉冲编码光纤激光器（１０），产生时间序列编码的激光脉冲，作为传感器的泵浦源，脉冲编码光纤脉冲激光器（１０）发出的时间序列激光脉冲通过光纤分路器（１１）分成两束，其中一束１５５０ｎｍ波段的激光进入光纤拉曼频移器，经频移１３．２ＴＨｚ到１６６０ｎｍ波段作为主光源，另一束１５５０ｎｍ波段的激光作为副光源，第一光纤波分复用器（１４）具有三个端口，它的１６６０ｎｍ输入端口与光纤拉曼频移器输出的主光源相连，ＣＯＭ端口与第一光纤开关（１６）的一个输入端相连，１５５０ｎｍ输出端口与第二光纤开关（１８）的一个输入端相连，第二光纤波分复用器（１５）具有三个端口，其中的１５５０ｎｍ输入端口与光纤分路器（１１）分束的副光源相连，ＣＯＭ端口与第一光纤开关（１６）的另一个输入端相连，１６６０ｎｍ输出端口与第二光纤开关（１８）的另一个输入端相连，第一光纤开关（１６）的输出端与传感光纤（１７）相连，第二光纤开关（１８）的输出端与光电接收模块（１９） 的输入端相连，光电接收模块（１９） 的输出端与数字信号处理器（２０）的输入端相连，数字信号处理器（２０）的另一个输出端与工控机（２１）相连，第一、第二两只光纤开关联动，利用第一光纤开关（１６）将第一光纤波分复用器（１４）和第二光纤波分复用器（１５）输出的两束激光分时交替地进入传感光纤（１７），利用第二光纤开关（１８）将第一光纤波分复用器（１４）和第二光纤波分复用器（１５）的输出端分时交替地与光电接收模块（１９）相连，当第一光纤开关（１６）通过第一光纤波分复用器（１４）与１６６０ｎｍ主光源相连时，第二光纤开关（１８）输入端与第一光纤波分复用器（１４）的１５５０ｎｍ输出端口相连，将传感光纤的反斯托克斯回波送入光电接收模块（１９）；当第一光纤开关（１６）通过第二光纤波分复用器（１５）与１５５０ｎｍ副光源相连时，第二光纤开关（１８）输入端与第二光纤波分复用器（１５）的１６６０ｎｍ输出端口相连，将传感光纤的斯托克斯回波送入光电接收模块（１９），数字信号处理器（２０）将采集、累加的脉冲编码光回波信号经过解码解调后输给工控机（２１）处理，获得８０ｋｍ传感光纤（１７）所在现场各点的应变、温度信息并传送给远程监控网。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张在宣，余向东，康娟，李晨霞，张文生，张文平，王剑锋，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86
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