[发明专利]脉冲编码超远程全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器

说明书

技术领域

    本发明涉及光纤传感器领域，尤其是脉冲编码超远分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器。

背景技术

长期以来，国内外在工程领域，大型土木建筑、桥粱、隧道、石化管道、储油罐和电力电缆主要使用电学应变片和热敏电组作为应变和温度传感器，每个传感器均需连电线，组成大型检测网络，结构很复杂，这类传感器本身带电，本质上是不安全的，易受电磁干扰，不耐腐蚀，也不能定位, 不适合于恶劣环境中使用，更不适合于应用地质灾害和火灾的现场。

近年来发展起来的光纤传感器网能实现大型土木工程、电力工程、石化工业，交通桥梁，隧道，地铁站，大坝、大堤和矿业工程等安全健康监控和灾害的预报和监测。光纤传感器有两大类：一类是以光纤光栅（FBG）和光纤法白（F-P）等点式传感器“挂”（布设）在光纤上，采用光时域技术组成的准分布式光纤传感器网络，准分布式光纤传感器网的主要问题是在点式传感器之间的光纤仅是传输介质，因而存在检测“盲区”；另一类利用光纤的本征特性，光纤瑞利、拉曼和布里渊散射效应，采用光时域(OTDR)技术组成的全分布光纤传感器网,测量应变和温度。全分布光纤传感器网中的光纤既是传输介质又是传感介质,不存在检测盲区。为满足近年来石油管道、传输电力电缆的安全健康监测，提高测量距离和测量精度，对超远程全分布式应变、温度传感网提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是结合脉冲编码原理和光纤瑞利与拉曼融合散射传感原理，提供一种利用光时域反射（OTDR）对测点进行定位，信噪比高、性价比和可靠性好的脉冲编码光纤激光器全分布式光纤拉曼与瑞利光子传感器。

本发明的脉冲编码超远程全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器，其特征是包括脉冲编码光纤激光器驱动电源，脉冲编码光纤激光器，集成型光纤波分复用器，光纤窄带反射滤光片，泵浦-信号耦合器，光纤拉曼激光器，100km传感光纤，光电接收模块，数字信号处理器和工控机，数字信号处理器与工控机相连，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激光器的输入端相连，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，集成型光纤波分复用器具有四个端口，其中1550nm输入端口与脉冲编码光纤激光器的输出端相连，1450nm输出端口与光电接收模块的一个输入端相连， 1550nm输出端口与光电接收模块的另一个输入端相连，COM输出端口经光纤窄带反射滤光片与泵浦-信号耦合器的输入端相连，泵浦-信号耦合器的一个输出端与光纤拉曼激光器相连，泵浦-信号耦合器的另一个输出端与100km传感光纤相连，光电接收模块的两个输出端分别与数字信号处理器的两个输入端口相连，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100km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。

本发明中，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。

本发明中，所述的光纤拉曼激光器为连续激光器，它的中心波长为1465nm，光谱宽度为0.1nm，功率0-1.2W可调。光纤拉曼激光器与超远程100km传感光纤构成一个前向泵浦的分布式光纤拉曼放大器。

本发明中，所述的光纤窄带反射滤光片的中心波长为1465nm，光谱宽度为0.3nm，对1465nm瑞利散射光的隔离度>45dB。光纤窄带反射滤光片抑制1465nm光纤拉曼激光器在传感光纤中产生的背向瑞利散射，避免瑞利散射光干扰传感光纤中1450nm波段的反斯托克斯拉曼散射的影响。

本发明中，所述的传感光纤可以是通信用G652光纤或DSF色散位移光纤或碳涂复单模光纤。

本发明中，所述的光电接收模块采用两路低噪音的InGaAs光电雪崩二极管和低噪音宽带前置放大器集成芯片MAX4107和三级主放大器组成。

本发明中，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。