[发明专利]色散与损耗光谱自校正分布式光纤拉曼温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及色散与损耗光谱自校正分布式光纤拉曼温度传感器，属于光纤 传感技术领域。

背景技术

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 度变化的取向，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，组成光纤传感网，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。

光纤拉曼散射的频移为13.2THz，因此光纤的反斯托克斯拉曼散射光与斯托 克斯拉曼散射光的波长差较大，由于光纤的色散，光纤的背向反斯托克斯拉曼 散射光与斯托克斯拉曼散射光在光纤中传播速度不同，因此造成光纤反斯托克 斯拉曼散射光与斯托克斯拉曼散射光的时域反射曲线的“差步”或“走散”现象，通 常在分布式光纤拉曼温度传感器中用光纤的背向斯托克斯拉曼散射光的时域反 射信号来解调反斯托克斯拉曼散射光的时域反射信号，获得光纤各段的温度信 息，两个不同波长的光时域反射信号的“差步”或“走散”现象，降低了系统的空间 分辨率和测温精度，甚至造成测量错误。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时，温度解调曲线出现非线性现象，而造 成的测温误差，降低了测温精度。另一方面在现场使用测温光纤、光缆，容易 引起弯曲和受压拉伸造成的由于光纤的非线性现象造成各个波段的损耗不同， 而且光纤、光缆产生的弯曲和受压拉伸大小和位置均有随机性，难以人为校正， 需要采用自校正的办法。

2007年，Chung E.Lee等提出了一个解决方案，“Methods and Apparatus for Dual Source Calibration for Distributed Temperature Systems”获得了美国专利(No. US2007/0223556A1)，专利中采用了双光源，通过光纤开关时分交替的输出同一 波段的主激光器的光纤背向反斯托克斯拉曼散射波与副激光器的光纤斯托克斯 拉曼散射波，通过副激光器的光纤斯托克斯拉曼散射波解调主激光器的光纤背 向反斯托克斯拉曼散射波，得到光纤各段的温度信息。这种双程的拉曼散射光 时域反射信号，虽然回波处于同一波段，但入射波处于主激光器波长和副激光 器波长两个相隔双拉曼位移的波长，还无法完全校正光纤色散和光纤损耗光谱 的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、结构简单、可靠的色散与损耗光谱自校 正分布式光纤拉曼温度传感器，可以自校正光纤的色散与损耗光谱以及由于在 现场使用测温光纤光缆的弯曲和受压拉伸而造成的非线性损耗。

本发明的色散与损耗光谱自校正分布式光纤拉曼温度传感器，其特征是包 括由驱动电源，电子开关、主激光器和副激光器组成的双拉曼位移波长的双光纤 脉冲激光器模块，主激光器和副激光器的输出端分别与第一合波器的输入端相 连，第一合波器的输出端与双向耦合器的输入端相连，双向耦合器的输出端与 多模光纤的输入端相连，多模光纤的背向瑞利散射和拉曼散射回波通过双向耦 合器进入集成型光纤波分复用器的输入端，集成型光纤波分复用器有三个输出 端口，第一个输出端口为拉曼散射峰的中心波长输出端口，第二个输出端口为 主激光器波长的光纤背向瑞利散射波输出端口，第三个输出端口为副激光器波 长的光纤背向瑞利散射波输出端口，集成型光纤波分复用器的第一个输出端口 与直接检测系统的一个输入端相连，集成型光纤波分复用器的第二个输出端口 和第三个输出端口分别与第二合波器的两个输入端相连，第二合波器的输出端 与直接检测系统的另一个输入端相连，直接检测系统的输出端与信号采集处理 系统的输入端相连，信号采集处理系统给出光纤各段的温度值由显示器显示。

上述的双拉曼位移波长的双光纤脉冲激光器模块中的主激光器可采用中心 波长为980nm、光谱宽度为1nm、激光脉冲宽度为18ns、峰值功率为7W的光 纤脉冲激光器；副激光器可采用中心波长为905nm、光谱宽度为1nm、激光脉 冲宽度为18ns、峰值功率为8W的光纤脉冲激光器，主激光器和副激光器由电 子开关按设定时间间隔切换轮流工作。