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专利名称：一种可级联分布式光纤拉曼测温系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤測量技术领域，特别涉及ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统。
背景技术：
1870年，英国物理学家丁达尔做了一个简单的实验在装满水的木桶上钻个孔，用灯从桶上边把水照亮。结果放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲。后来，人们造出ー种透明度很高、很细的玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前迸。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。 自20世纪90年代起，光通信带动下的光子产业取得了巨大的成功，光纤传感器呈产业化发展，应用领域广泛，包括电カエ业、化学和环境、医学和生物、石油行业、汽车行业、船舶等。较传统的电传感器，光纤传感器具有许多优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、体积小、重量轻、測量对象广泛、成本低等。拉曼效应是指往某物质中射入频率V的単色光吋，在散射光中会出现频率V之外频率的散射光。主要有斯托克斯(stokes)散射、反斯托克斯(Anti-stokes)散射、布里渊散射和瑞利散射。其中反斯托克斯背向散射对温度敏感，载有温度信息，利用斯托克斯背向散射作为參考，通过反斯托克斯解调出温度值。由光时域反射原理知接收光功率为时间的函数，光传播速度已知，所以又可以根据时间、速度得出位置信息。现有的分布式光纤拉曼温度传感器如中国专利CN200910102201. 1“拉曼相关双波长光源自校正分布式光纤拉曼温度传感器”只适合于中短距离测量，还没有能够可调节适用范围大的分布式温度測量系统。

发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，具有安全可靠、耐候性好、适用范围广、传输距离远、抗电磁干扰能力强的优点。本发明的技术方案ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，包括宽带光源I、双向三通道光纤稱合器2、单模光纤3、光中继放大器4、分光器5、第一光电接收器6、第二光电接收器7、信号采集卡8和计算机9 ;其中双向三通道光纤耦合器2中的一个通道作为传输通道，传输光信号，另两个通道分别作为斯托克斯通道与反斯托克斯通道，分别耦合回背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光；宽带光源I的输出连接至双向三通道光纤耦合器2的耦合输入端ロ，即A端ロ ；双向三通道光纤耦合器2的耦合传输端ロ，即C端ロ连接至单模光纤3的一端；双向三通道光纤I禹合器2的I禹合输出端ロ，即B端ロ连至分光器5 ；单模光纤3的另一端接光中继放大器4，光中继放大器4再接单模光纤3，依此类推，通过多个单模光纤3和多个光中继放大器4，构成单模光纤3和光中继放大器4的多次级联；分光器5的输出分别接至第一光电接收器6和第二光电接收器7,第一光电接收器6和第二光电接收器7的输出端分别与信号采集卡8相连，信号采集卡8输出连接至计算机9 ;宽带光源I发出的宽带光到达双向三通道光纤耦合器2，由双向三通道光纤耦合器2的ー个通道传输光信号经过单模光纤3传输，由光中继放大器4放大后再次经过单模光纤3，即由单模光纤3和光中继放大器4的传输和放大多次级联后，由双向三通道光纤耦合器2的斯托克斯通道和反斯托克斯通道另两个通道背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光耦合回双向三通道光纤I禹合器2后由B端ロ输出，背向拉曼散射光I禹合到分光器5,通过分光器5后光被分为两路，再经滤波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分别被第一光电接收器6和第ニ光电接收器7接收；接收到的信号由信号采集卡8进行采集，最后经过运算分析得出光纤上各点温度信息，在计算机9上显示。所述光中继放大器4由光放大器及放大电路组成。所述宽带光源I为ASE宽带光源，中心波长1550nm，3dB带宽30nm。所述单模光纤3的线路损失系数为O. 20。
所述分光器5的分光比为80 :20，其中80%的光送入反斯托克斯通道。所述第一光电接收器(6)和第二光电接收器(7)为波长1550nm的铟神化镓InGaAs-APD0本发明与现有技术相比的优点在于(I)现有的分布式光纤拉曼测温系统大多距离受限，而本发明可以在原来的基础上利用单模光纤和光中继放大器对光纤级联，以弥补传输过程中的损耗，减小测量误差，因此本发明适用范围广，可用于输配电系统、油井勘探、瓦斯管线系统等的温度检测，以便及时发现问题并定位，具有适用范围广、探測距离远，抗干扰能力强的优点。( 2 )本发明中的双向三通道光纤耦合器通过ー个通道进行光的传播，另外两个通道用来耦合背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光，反斯托克斯光载有温度信息，是用来解调温度的主要依据，而斯托克斯光用来对比參考，以消除系统对结果的不良影响，因此同时还具有安全可靠、耐候性好、抗电磁干扰能力强的特点。


图I为本发明的可级联分布式光纤拉曼测温系统的原理图；图中1、宽带光源,2、双向三通道光纤稱合器,3、单模光纤,4、光中继放大器,5、分光器,6、第一光电接收器,7、第二光电接收器,8、信号米集卡,9、计算机。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便更好地理解本发明。如图I所示，本发明可级联分布式光纤拉曼测温系统包括宽带光源1，双向三通道率禹合器2,单模光纤3、光中继放大器4、分光器5、第一光电接收器6、第二光电接收器7、信号采集卡8和计算机9 ;其中双向三通道光纤耦合器2的A端口和C端ロ分别连接宽带光源I和单模光纤3, B端ロ连接分光器5 ;光中继放大器4的两端分别与单模光纤3依次连接；分光器5分出两束光分别由第一光电接收器6、第二光电接收器7接收；第一光电接收器6、第二光电接收器7后还有信号采集卡8及计算机9依次连接。宽带光源I发出的宽带光经过双向三通道光纤耦合器2到达单模光纤3并在其中传播，当光传播一定距离后由中继放大器4对光信号放大后继续在单模光纤3中传播，背向散射斯托克斯光和反斯托克斯光被耦合回双向三通道光纤耦合器2并传入分光器5。通过分光器5后光被分为两路，再经滤波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分别被第一光电接收器6和第二光电接收器7接收。接收到的信号由信号采集卡8进行采集，最后经过运算分析得出温度信息，在计算机9上显示。由拉曼散射原理可知，斯托克斯散射光强Is和反斯托克斯散射光强Ias公式为
权利要求
1.ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征在于所述测温系统包括宽带光源(1)、双向三通道光纤I禹合器(2)、单模光纤(3)、光中继放大器(4)、分光器(5)、第一光电接收器(6)、第二光电接收器(7)、信号采集卡(8)和计算机(9);其中双向三通道光纤耦合器(2)中的一个通道作为传输通道，传输光信号，另两个通道分别作为斯托克斯通道与反斯托克斯通道，分别耦合回背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光；宽带光源(I)的输出连接至双向三通道光纤耦合器(2)的耦合输入端ロ，即A端ロ ；双向三通道光纤耦合器(2)的耦合传输端ロ，即C端ロ连接至单模光纤(3)的一端；双向三通道光纤耦合器(2)的耦合输出端ロ，即B端ロ连至分光器(5);单模光纤(3)的另一端接光中继放大器(4)，光中继放大器(4)再接单模光纤(3)，依此类推，通过多个单模光纤(3)和多个光中继放器(4)，构成单模光纤和光中继放大器的多次级联；分光器(5)的输出分别接至第一光电接收器(6)和第二光电接收器(7),第一光电接收器(6)和第二光电接收器(7)的输出端分别与信号米集卡(8)相连，信号采集卡(8)输出连接至计算机(9);宽带光源(I)发出的宽带光到达双向三通道光纤耦合器(2)，由双向三通道光纤耦合器(2)的ー个通道传输光信号经过单模光纤(3)传输，由光中继放大器(4)放大后再次经过单模光纤(3)，即由单模光纤(3)和光中继放大器(4)的传输和放大多次级联后，由双向三通道光纤耦合器(2)的斯托克斯通道和反斯托克斯通道将背向斯托克斯散射光和背向反斯托克斯散射光耦合回双向三通道光纤率禹合器(2)后由B端ロ输出，背向拉曼散射光I禹合到分光器(5),通过分光器(5)后光被分为两路，再经滤波后得到的斯托克斯光和反斯托克斯光分别被第一光电接收器(6)和第二光电接收器(7)接收；接收到的信号由信号采集卡(8)进行采集，最后经过运算分析得出光纤上各点温度信息，在计算机(9)上显示。
2.根据权利要求I所述的ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征是所述光中继放大器(4)由光放大器及放大电路组成。
3.根据权利要求I所述的ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征是所述宽带光源(I)为ASE宽带光源，中心波长1550nm，3dB带宽30nm。
4.根据权利要求I所述的ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征是所述单模光纤(3)的线路损失系数为O. 20。
5.根据权利要求I所述的ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征是所述分光器(5)的分光比为80 :20，其中80%的光送入反斯托克斯通道。
6.根据权利要求I所述的ー种可级联分布式光纤拉曼测温系统，其特征是所述第一光电接收器(6)和第二光电接收器(7)为波长1550nm的铟神化镓InGaAs-APD。
全文摘要
一种可级联分布式光纤拉曼测温系统，包括宽带光源，双向三通道光纤耦合器，单模光纤，光中继放大器，分光器，第一、第二两个光电接收器，信号采集卡，计算机；本发明主要用于输配电系统、油井勘探、瓦斯管线系统等的温度检测，使用时可以根据需要调整系统以适应各种测量环境。本发明提供了一种光纤级联的方案，具有安全可靠、耐候性好、适用范围广、传输距离远、抗电磁干扰能力强的特点。
文档编号G01K11/32GK102680137SQ201210187220
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者周亚光, 李成贵, 王伟, 王钊, 鞠明江, 魏鹏 申请人:北京航空航天大学, 潍坊五洲浩特电气有限公司