[发明专利]一种光纤拉曼散射光用于分布温度与光纤光栅同时解调系统及方法

说明书

一种光纤拉曼散射光用于分布温度与光纤光栅同时解调系统及方法，属于光纤传感技术领域。该系统包括激光光源、光源驱动电路、窄带滤光片、测温光纤、光纤光栅传感器、拉曼波分复用器、光探测器模块、微型光纤光谱仪、信号采集与处理电路和计算机。激光光源在光纤中产生的后向自发拉曼散射光被拉曼波分复用器滤出后用于分布温度测量，前向自发拉曼散射光被光纤光栅反射后用于温度或者应变测量。用于分布温度解调的后向拉曼散射光谱范围和用于光纤光栅解调的前向拉曼散射光谱范围互不重叠，使分布温度与光纤光栅同时解调且互不影响。本发明实现新型的分布温度/光纤光栅一体化解调仪器设计，为温度、应变等多参量同时测量提供更具竞争力的技术方案。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤拉曼散射光用于分布温度与光纤光栅同时解调系统及方法。

背景技术

光纤传感器以其具备的体积小、重量轻、耐高温、抗电磁干扰、灵敏度高、和易于串/并联复用、可分布测量和容易构建传感器网络等优点，已广泛应用于火灾报警、电缆监测、油田测井和结构健康监测等领域。其中，基于拉曼散射的分布式温度传感器以及光纤光栅传感器是目前最为常用的两种光纤传感器。

采用单一光纤传感器融合解调系统和单根光纤多参量、多类型传感器串联复用技术可显著提高系统的可靠性、简化系统结构并大幅度降低系统造价。为了实现分布温度与动态应变的同时测量，2012年，文献Toccafondo I,Taki M,Signorini A,et al.HybridRaman/fiber Bragg grating sensor for distributed temperature and discretedynamic strain measurements[J].Optics Letters,2012.37(21):4434-4436提出采用一种基于单光源的分布温度传感器与动态光纤光栅相融合的光纤传感技术。动态光纤光栅由中心波长分别位于激光波长(1550.5nm)两侧对称分布的两个低反射率光纤光栅组成，光纤光栅的反射率约1％，谱宽为2.5nm，中心波长分别为1549.5nm和1551.5nm。脉冲激光入射到测试光纤中，后向拉曼散射光用于分布温度测量，同时，1GS/s高速数据采集卡采集光纤光栅反射光信号，采用光强度差分算法实现动态应变测量。然而这种光纤光栅强度解调方法，使该系统无法测量静态温度或应变，并且光纤光栅中心波长与分布式温度传感器工作的激光波长接近，使复用的光纤光栅对分布式温度传感器测量产生了较大的影响，无法实现光纤光栅传感器的大规模复用。文献Chen K,Zhou X,Peng W,et al.A hybrid sensingsystem for simultaneous Raman-based distributed and FBG-based quasi-distributed measurements[J].Sensors and Actuators A:Physical,2015,234:43-47提出一种基于单个半导体激光光源的Raman/FBG融合测量方法，该方法采用半导体激光器的受激辐射光对分布式温度传感器进行解调，同时采用半导体激光器的自发辐射光对光纤光栅进行解调。然而该系统中为抑制瑞利散射光的干扰，对拉曼波分复用器等器件的通道隔离度指标提出了较高的要求，并且系统结构较复杂。因而，设计一种结构简单、成本低廉的分布温度/光纤光栅融合测量系统具有更为广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构简单的光纤分布式温度传感器与光纤光栅同时解调系统及方法，旨在简化光纤传感器复用系统的结构，提高测量系统性能，并有效降低系统成本，为光纤传感器在结构健康监测和油气开采等领域的应用拓展更大的空间。

本发明的技术方案：