[发明专利]基于拉曼散射的分布式光纤温度及应变检测方法

说明书

一种基于拉曼散射的分布式光纤温度及应变检测方法，包括如下步骤：（1）、搭建分布式光纤温度及应变传感系统；分布式光纤温度及应变传感系统包括拉曼信号采集仪、第一高精度恒温槽（9）、第二高精度恒温槽（10）、待测光纤（11）、第一温度传感器（12）、第二温度传感器（13）；所述拉曼信号采集仪包括脉冲激光器（1）、WDM（2）、第一APD（3）、第二APD（4）、第一LNA（5）、第二LNA（6）、数据采集卡（7）、计算机（8）。本发明设计合理，融合光纤拉曼散射和光时域反射原理的光路、电路和信号采集与处理技术，形成一种新型的基于拉曼散射的温度、应变分布式光纤传感检测方法。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统中的温度、应变检测技术领域，具体是一种基于拉曼散射的分布式光纤温度及应变检测方法。

背景技术

分布式光纤传感技术通过三十余年的发展，实现了对温度、振动、应变、位移、电磁场等各种物理量的测量，其空间分辨率、传感距离、测量精度等性能也得到了极大的提高。而对于长距离基础设施的健康监测，故障的发生通常表现为应变或振动事件，抑或是环境温度的改变等多种参量的变化，对单一物理量的监测难以对事故进行有效的预警，或是难以判断故障的发生并对事故发生位置进行精确定位，因此多参数的分布式测量也显得越来越重要。

根据光纤的后向散射类型，可以分为基于瑞利散射的分布式光纤传感系统、基于布里渊散射的分布式光纤传感系统和基于拉曼散射的分布式光纤传感系统。在工程应用中，基于瑞利散射的分布式光纤传感系统大多被应用于光纤的故障点检测。由于基于拉曼散射信号的时序强弱只对光纤沿线的温度信号敏感，故现有的基于拉曼散射的分布式光纤传感技术只运用于光纤沿线的温度监测。而应力、应变的测量，主要是基于布里渊散射的分布式光纤传感技术，利用应变及温度对其布里渊频移的变化量来实现应变及温度的测量，但是布里渊频移对拉伸应变和温度变化同时敏感，在温度解调过程中需区分拉伸应变引起的频移和温度变化引起的频移，即无法单次同时测量光纤沿线的温度和应变情况，且布里渊系统装置和解调过程较为复杂，测量时间达到了分钟量级，另外该系统结构复杂且对光源的要求较高，极大的限制了系统的实时性和分布式光纤多参量检测系统的发展和应用，

发明内容

本发明为了解决现有分布式光纤传感系统之间温度、应变相互交叉敏感，测量时间较长，无法面向工程应用的的问题，提出了一种基于拉曼散射的分布式光纤温度、应变同时检测方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于拉曼散射的分布式光纤温度、应变检测方法由以下系统来实现。该系统包括1550nm脉冲激光器、波分复用器(WDM)、2个雪崩光电二极管(APD)、2个低噪放大器(LNA)、传感光纤(普通多模光纤)、数据采集卡、计算机、2个高精度恒温槽(分别放置参考光纤1、2)、2个温度传感器。

分布式光纤温度、应变检测方法分为两个步骤，分别为基于分布式光纤拉曼测温的温度解调方案，基于拉曼散射和光时域反射技术的光纤沿线应变检测方案。具体方法如下：

步骤一：搭建基于拉曼散射的分布式光纤温度及应变检测系统；

分布式光纤温度及应变检测系统包括拉曼信号采集仪、第一高精度恒温槽、第二高精度恒温槽、待测光纤、第一温度传感器、第二温度传感器。

拉曼信号采集仪包括脉冲激光器、WDM、第一APD、第二APD、第一LNA、第二LNA、数据采集卡、计算机；其中，脉冲激光器的输出端与WDM的输入端连接；WDM的两个输出端分别与第一APD的输入端和第二APD的输入端连接；第一APD的输出端与第一LNA的输入端连接；第二APD的输出端与第二LNA的输入端连接；第一LNA的输出端和第二LNA的输出端均与数据采集卡的输入端连接；数据采集卡的输出端与计算机的输入端连接；计算机与脉冲激光器双向连接。