本发明专利技术公开的采用循环脉冲编码解码和瑞利解调的分布式光纤拉曼温度传感器，包括脉冲光纤激光器，声光调制器，具有四个端口的集成型光纤波分复用器，两个光电接收放大模块，编码解码解调数字信号处理器，光纤温度取样环，本征型测温光纤，数字式温度探测器和PC机。该传感器基于循环矩阵转换对信号进行编码和解码，利用光纤拉曼光強度受温度调制的效应和光时域反射原理进行光纤在线定位测温。使用循环激光脉冲编码解码和用瑞利通道作为温度解调参考通道，极大地改善了系统的信噪比，提高系统的测量精度和测量距离。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式光纤拉曼温度传感器，特别是采用循环脉冲编码解码和瑞利解调的分布式光纤拉曼温度传感器，属于光纤传感
技术介绍
分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。分布式光纤拉曼温度传感器利用光纤的喇曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。它是一个特殊的光纤通信系统；利用光纤的光时域的反射(Optical timedomain reflection简称OTDR)技术，由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测温度点定位，它又是一个典型的光纤激光温度雷达系统。分布式光纤拉曼温度传感器可以在线实时预报现场的温度和温度変化的取向，光纤传输光信号并不通电，因此具有很强的抗电磁干扰性能，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。典型的分布式光纤拉曼温度传感器一般采用激光单脉冲作为泵浦信号，用反斯托克斯拉曼散射光作为测量温度信号通道，斯托克斯拉曼散射光作为测量温度参考通道。由于喇曼散射光强度很弱，经光电转换后的信号往往淹没在各种噪声中，信噪比很差，而信噪比的大小是决定系统测温精度或测量距离的最重更因素，为了提高信噪比，一种办法是尽量提高泵浦脉冲激光的峰值功率，但泵浦脉冲激光的峰值功率超过光纤的非线性阀值时拉曼散射光会产生非线性效应而无法进行有效温度解调。另一种办法是对数据进行多次取样平均，但对于长距离系统需要花费大量的时间，从而降低了测温的实时反应能力。序列脉冲脉编码解码技术(如Simplex codes, Golay codes等)虽然在相同泵浦脉冲激光峰值功率下，能比单脉冲技术获得更好的信噪比(信噪比改善为+，N为码长)，但由于序列编码脉冲单元的连续性，使得光纤非线性阀值较单脉冲大大降低，例如，对于单模光纤而言，序列编码脉冲的非线性阀值功率小于1W，而IOns单脉冲系统光纤非线性阀值功率约为5W，因此，如果泵浦脉冲激光峰值功率都处于光纤非线性阀值，采用序列编码解码技术的系统比采用单脉冲技术的系统在信噪比上实际并没有获得多大的改善。单模光纤因传输损耗低，更适用于长距离的分布光纤温度传感系统，但单模光纤因弯曲损耗较大，在实际工程应用中会对温度检测造成影响。对于弯曲损耗的影响，一般的方法是采用斯托克斯参考通道对反斯托克斯信号通道进行温度解调来抵消，但由于斯托克期通道光波长较长，在单模光纤中弯曲损耗比反斯托克斯信号强得多(对于1550nm系统约为5倍)，因此采用斯托克斯参考通道无法有效抵消光纤弯曲损耗的影响。此外，由于斯托克期通道的光纤非线性阀值功率比反斯托克斯通道低很多，因此采用斯托克斯参考通道的系统的输入激光泵浦峰值功率主要受限于斯托克斯参考通道的非线性阀值功率，而输入的激光泵浦峰值功率越低，就意味着系统的信噪比越低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用循环脉冲编码解码和瑞利解调的分布式光纤拉曼温度传感器，以提高系统的信噪比，获得更高的测量精度和更远的测量距离。本专利技术的采用循环脉冲编码解码和瑞利解调的分布式光纤拉曼温度传感器，包括脉冲光纤激光器，声光调制器，具有四个端口的集成型光纤波分复用器，两个光电接收放大模块，编码解码解调数字信号处理器，光纤温度取样环，本征型测温光纤，数字式温度探测器和PC机,脉冲光纤激光器的输出端与声光调制器的一个输入端相连,声光调制器的输出端与集成型光纤波分复用器的输入端口相连，集成型光纤波分复用器的第一输出端口与光纤温度取样环的一端相连，光纤温度取样环的另一端与本征型测温光纤相连，集成型光纤波分复用器的第二和第三输出端口分别与第一和第二光电接收放大模块的输入端相连，第 一和第二光电接收放大模块的输出端分别与编码解码解调数字信号处理器的两个输入端相连，编码解码解调数字信号处理器的第三个输入端与数字式温度探测器的输出端相连，编码解码解调数字信号处理器的一个输出端与脉冲光纤激光器的输入端连接，另一输出端与声光调制器的另一个输入端相连，编码解码解调数字信号处理器的数据传输端与PC机相连。为了保证光纤温度取样环温度定标的准确性，可将光纤温度取样环和数字式温度探测器紧挨置于同一个隔热的容器内。本专利技术中，所述的脉冲光纤激光器的中心波长为1550nm，光谱宽度<5nm，激光的单位脉冲宽度<15ns，脉冲峰值功率大于10W。脉冲光纤激光器由编码解码解调数字信号处理器送出的固定频率的连续方波信号驱动，输出固定间隔、固定脉宽(例如IOns)的脉冲光信号。本专利技术中，所述的声光调制器的中心波长为1550nm,光谱光谱宽度<5nm, 1550nm损耗小于3dB，响应时间小于50ns。该声光调制器由编码解码解调数字信号处理器送出的编码信号控制，对输入的光脉冲进行编码，当编码解码解调数字信号处理器送出的编码信号为高电平时，声光调制器让输入的光脉冲信号通过，反之，当编码解码解调数字信号处理器送出的编码信号为低电平时，不放过光脉冲，从而起到编码的作用。本专利技术中，所述的集成型光纤波分复用器由光纤双向耦合器、光纤平行光路、反斯托克斯拉曼散射光宽带滤光片和瑞利散射光宽带滤光片集成，具有4个端口，1550nm声光调制器通过光纤双向耦合器，由第一输出端口经光纤温度取样环和本征型测温光纤相连，测温光纤的背向反斯托克斯拉曼散射和背向瑞利散射回波经过光纤平行光路分别通过1450nm和1550nm宽带滤光片由第二和第三输出端口输出。测温光纤的背向反斯托克斯拉曼散射光通过中心波长为1450nm宽带滤光片由第二输出端口输出，测温光纤的背向瑞利散射光通过中心波长为1550nm宽带滤光片由第三输出端口输出。本专利技术中的编码解码解调数字信号处理器由高速模数转换采集器和高速数据处理器组成。本专利技术中的本征型测温光纤为标准光通信用G. 652单模光纤、G. 651多模光纤或62. 5/125多模光纤，测温光纤長度为IOOm 50km。本征型测温光纤铺设在测温现场，测温光纤不带电，抗电磁干扰，耐辐射，耐腐蚀，光纤既是传输介质又是传感介质。1550nm脉冲光纤激光器发出的激光脉冲经声光调制器编码通过集成型光纤波分复用器射入本征型测温光纤，在本征型测温光纤上产生的背向激光反斯托克斯拉曼、瑞利光子波经集成型光纤波分复用器分朿，分别与第一、第二光电接收放大模块连接，转换成模拟电信号并放大，编码解码解调数字信号处理器中的高速模数转换采集器将接收到的两路模拟电信号分别逐点采集并转换成数字信号送给高速数据处理器，高速数据处理器将接收到的数字信号进行解码，恢复出反应背向反斯托克斯拉曼光和瑞利光强度的值，该两值之比反应出光纤各段的温度信息，通过高速数据处理器解调并结合数字温度探测器测出的取样环温度值进行温度定标，给出本征型测温光纤上各点(小段)的温度，并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)，在一定时间内得到本征型测温光纤上各段的温度和温度变化量，在0° C-300° C范围内进行在线温度监测。编码解码解调数字信号处理器将数据结果通过通讯接口、通讯协议传输给PC机，进行图形显示、温度报警控制。本专利技术的有益效果在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.采用循环脉冲编码解码和瑞利解调的分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是包括脉冲光纤激光器(19)，声光调制器(20)，具有四个端口的集成型光纤波分复用器(11)，两个光电接收放大模块(12、13)，编码解码解调数字信号处理器(14)，光纤温度取样环(17)，本征型测温光纤(18)，数字式温度探测器(16)和PC机(15)，脉冲光纤激光器(19)的输出端与声光调制器(20)的一个输入端相连,声光调制器(20)的输出端与集成型光纤波分复用器(11)的输入端口相连，集成型光纤波分复用器(11)的第一输出端口与光纤温度取样环(17)的一端相连，光纤温度取样环(17)的另一端与本征型测温光纤(18)相连，集成型光纤波分复用器(11)的第二和第三输出端口分别与第一和第二光电接收放大模块(12、13)的输入端相连，第一和第二光电接收放大模块(12、13)的输出端分别与编码解码解调数字信号处理器(14)的两个输入端相连，编码解码解调数字信号处理器(14)的第三个输入端与数字式温度探测器(16)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：余向东，金尚忠，张在宣，李德和，王剑锋，张文生，刘红林，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：
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