专利名称：一种增强型光纤拉曼分布式传感方法及传感设备的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感领域，涉及一种增强型光纤拉曼分布式传感方法以及传感设备。
背景技术：
光纤拉曼效应是由入射光与纤芯分子相互作用，纤芯微观密度变化和成分起伏的 影响而产生的一种光纤非线性散射效应。印度物理学家拉曼(Raman)发现了光在介质中的 非弹性散射效应拉曼散射，并因此获得诺贝尔物理学奖。拉曼散射中产生的信号光强度与 传感点温度有特定关系，基于拉曼散射的分布式光纤测温技术是利用光在光纤传输时产生 拉曼散射信号和光时域反射技术来获取温度场的分布信息。利用拉曼散射测温的技术可以达到的测温范围在-40°C 600°C，测温精度 士2°C，空间分辨率4m。但是由于拉曼散射光非常微弱，对拉曼信号解调仪的要求较高。高压电缆系统是城市公共设施中最为重要也最为复杂一个组成部分之一，由于其 结构复杂且系统稳定性要求高，电缆系统状态监测一直是技术和管理上的难题。利用传统 的拉曼散射效应，测量精度不高。增强型光纤拉曼分布式传感系统的拉曼信号较强，可以有 效地实时监测电缆温度、局部放电和绝缘层老化等影响电缆系统运行的关键因素。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，采用增强型光纤拉曼分布式传感方法实现 高压输电网络电缆系统健康监测，同时提供了 一种光纤传感设备。一种光纤传感设备包括光纤拉曼解调仪和光纤传感网络，光纤拉曼解调仪与光纤 传感网络中的传感光纤的一端光连接；所述的光纤传感网络包括传感光纤和增强型拉曼传感光纤，传感光纤和增强型拉 曼传感光纤间隔串接组成光纤传感网络。所述的增强型拉曼传感光纤由氟化氢腐蚀到直径为20um，包层的外表面均勻镀有 厚度为lOnm的银纳米颗粒层。一种增强型光纤拉曼分布式传感方法，具体是将传感光纤与电力传输网上的输 电线紧贴，增强型拉曼传感光纤与电力传输网上关键接头紧贴；光纤拉曼解调仪出射的脉 冲激光注入到光纤传感网络中，入射的激光沿着传感光纤传播，与纤芯分子相互作用，不断 产生后向拉曼散射光，后向拉曼散射光由光纤拉曼解调仪接收，根据光纤拉曼解调仪解调 得到的时刻确定传感光纤反射点的位置，根据光纤拉曼解调仪解调得到的光强度确定传感 光纤反射点的温度。本发明具有以下有益效果本发明的测温精度可达士 0.5°C，空间分辨小于5m甚 至lm以下，大大降低了对拉曼信号的探测难度同时也提高了系统的工作效率。
图1为本发明中传感设备的结构示意图2为图1中增强型拉曼传感光纤放大示意图。
具体实施例方式如图1所示，一种光纤传感设备包括光纤拉曼解调仪1和光纤传感网络2，光纤拉 曼解调仪1与光纤传感网络2中的传感光纤2-1的一端光连接；拉曼传感解调仪1布置在 中控室，可以同时监测多根输电线，监测距离可选择2km、10km、15km，甚至更长(多级互联 可以做到几百公里)。传感光纤2-1采用普通光纤。光纤传感网络2包括传感光纤2-1和增强型拉曼传感光纤2-2，传感光纤2-1和增 强型拉曼传感光纤2-2间隔串接组成光纤传感网络。如图2所示，增强型拉曼传感光纤2-2由传感光纤经氟化氢腐蚀所成，腐蚀后光纤 直径d为20um，其包层3的外表面均勻镀有厚度为lOnm的银纳米颗粒层4。一种增强型光纤拉曼分布式传感方法，具体是将传感光纤与电力传输网上的输 电线紧贴，增强型拉曼传感光纤与电力传输网上关键接头紧贴，电缆任意点的电流泄露或 绝缘层老化都会引起的不正常升温。光纤拉曼解调仪出射的脉冲激光注入到光纤传感网络 中，入射的激光沿着传感光纤传播，与纤芯分子相互作用，不断产生后向拉曼散射光，后向 拉曼散射光由光纤拉曼解调仪接收。入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t， 激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L = vt。v为光在光纤中传播的速度，v = C/n，C为真 空中的光速，n为光纤的折射率。在t时刻测量到的是离光纤入射端距离为L处局域的背
向散射光。后向拉曼散射光强度由传感光纤反射点温度决定。 其中，A u为拉曼频移，F⑴/FCU的值为光电转换后的电压信号的比。I；表示 光纤传感网络正常工作时的温度，T表示光纤传感网络中被测对象发生异常时的温度，F表 示光纤拉曼解调仪的系统函数，h表示普朗克常数，k表示波尔兹曼常数。在电缆监测系统的关键点铺设的是增强型拉曼传感光纤，银纳米颗粒在入射光的 激发下可以产生很强的局域电�。鸨砻娴牡壤胱犹骞舱瘢庀四诓坎窍咝缘恼竦矗� 从而增强了拉曼散射的强度。系统工作时，拉曼传感解调仪内部光源发出脉宽为10ns，重复频率为lKHz，输出 功率为10W的短脉冲光，经光缆传输到监测现场布设的增强型拉曼温度传感器，在关键部 位，如电缆接头、开关柜接头处，每个变电站中的电缆连接点以及上下刀闸等待监测点都相 应地分布有增强型拉曼传感光纤。光纤紧靠电缆绝缘层，当电缆绝缘套发生老化或漏电现象时，绝缘层变形，局部温 度会升高，传感光纤局部温度也随之发生变化。传感光纤将拉曼散射信号返回到光纤拉曼 解调仪，从而解调出增强后的拉曼散射信号得到故障点的温度值。
权利要求
一种光纤传感设备，包括光纤拉曼解调仪和光纤传感网络，其特征在于光纤拉曼解调仪与光纤传感网络中的传感光纤的一端光连接；所述的光纤传感网络包括传感光纤和增强型拉曼传感光纤，传感光纤和增强型拉曼传感光纤间隔串接组成光纤传感网络；所述的增强型拉曼传感光纤由传感光纤经氟化氢腐蚀而成，腐蚀后的光纤直径为20um，该拉曼传感光纤包层的外表面均匀镀有厚度为10nm的银纳米颗粒层。
2.一种增强型光纤拉曼分布式传感方法，其特征在于该方法是将传感光纤与电力传 输网上的输电线紧贴，增强型拉曼传感光纤与电力传输网上关键接头紧贴；光纤拉曼解调 仪出射的脉冲激光注入到光纤传感网络中，入射的激光沿着传感光纤传播，与纤芯分子相 互作用，不断产生后向拉曼散射光，后向拉曼散射光由光纤拉曼解调仪接收，根据光纤拉曼 解调仪解调得到的时刻确定传感光纤反射点的位置，根据光纤拉曼解调仪解调得到的光强 度确定传感光纤反射点的温度。
全文摘要
本发明公开了一种增强型光纤拉曼分布式传感方法及传感设备。本发明中的光纤拉曼解调仪与光纤传感网络中的传感光纤的一端光连接；光纤传感网络包括传感光纤和增强型拉曼传感光纤，传感光纤和增强型拉曼传感光纤间隔串接组成光纤传感网络。本发明的传感方法是将传感光纤与电力传输网上的输电线紧贴，增强型拉曼传感光纤与电力传输网上关键接头紧贴；光纤拉曼解调仪出射的脉冲激光注入到光纤传感网络中，入射的激光沿着传感光纤传播，并不断产生后向拉曼散射光，后向拉曼散射光由光纤拉曼解调仪接收并解调出光纤反射点的位置和温度。本发明提高了对拉曼信号的探测能力，测温精度、空间分辨能力及系统工作效率均有所提高。
文档编号G01K11/32GK101852657SQ20101019754
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者何赛灵, 沈颖 申请人:浙江大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
