技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及分布式光纖拉曼溫度傳感器，特別是采用循環(huán)脈沖編碼解碼和瑞利解調(diào)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

分布光纖溫度傳感器系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的傳感器系統(tǒng)，在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體也是傳感媒體。分布式光纖拉曼溫度傳感器利用光纖的喇曼光譜效應(yīng)，光纖所處空間各點(diǎn)溫度場(chǎng)調(diào)制了光纖中傳輸?shù)墓廨d波，經(jīng)解調(diào)后，將空間溫度場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。它是一個(gè)特殊的光纖通信系統(tǒng)；利用光纖的光時(shí)域的反射（Optical?time?domain?reflection簡(jiǎn)稱OTDR）技術(shù)，由光纖中光的傳播速度和背向光回波的時(shí)間，對(duì)所測(cè)溫度點(diǎn)定位，它又是一個(gè)典型的光纖激光溫度雷達(dá)系統(tǒng)。分布式光纖拉曼溫度傳感器可以在線實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)現(xiàn)場(chǎng)的溫度和溫度変化的取向，光纖傳輸光信號(hào)并不通電，因此具有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能，是一種本質(zhì)安全型的線型感溫探測(cè)器，已在電力工業(yè)、石化企業(yè)、大型土木工程和在線災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域成功地應(yīng)用。

典型的分布式光纖拉曼溫度傳感器一般采用激光單脈沖作為泵浦信號(hào)，用反斯托克斯拉曼散射光作為測(cè)量溫度信號(hào)通道，斯托克斯拉曼散射光作為測(cè)量溫度參考通道。由于喇曼散射光強(qiáng)度很弱，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)往往淹沒(méi)在各種噪聲中，信噪比很差，而信噪比的大小是決定系統(tǒng)測(cè)溫精度或測(cè)量距離的最重更因素，為了提高信噪比，一種辦法是盡量提高泵浦脈沖激光的峰值功率，但泵浦脈沖激光的峰值功率超過(guò)光纖的非線性閥值時(shí)拉曼散射光會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)而無(wú)法進(jìn)行有效溫度解調(diào)。另一種辦法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次取樣平均，但對(duì)于長(zhǎng)距離系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的時(shí)間，從而降低了測(cè)溫的實(shí)時(shí)反應(yīng)能力。序列脈沖脈編碼解碼技術(shù)（如：Simplex?codes,Golay?codes等）雖然在相同泵浦脈沖激光峰值功率下，能比單脈沖技術(shù)獲得更好的信噪比（信噪比改善為N為碼長(zhǎng)），但由于序列編碼脈沖單元的連續(xù)性，使得光纖非線性閥值較單脈沖大大降低，例如，對(duì)于單模光纖而言，序列編碼脈沖的非線性閥值功率小于1W，而10ns單脈沖系統(tǒng)光纖非線性閥值功率約為5W，因此，如果泵浦脈沖激光峰值功率都處于光纖非線性閥值，采用序列編碼解碼技術(shù)的系統(tǒng)比采用單脈沖技術(shù)的系統(tǒng)在信噪比上實(shí)際并沒(méi)有獲得多大的改善。

單模光纖因傳輸損耗低，更適用于長(zhǎng)距離的分布光纖溫度傳感系統(tǒng)，但單模光纖因彎曲損耗較大，在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)對(duì)溫度檢測(cè)造成影響。對(duì)于彎曲損耗的影響，一般的方法是采用斯托克斯參考通道對(duì)反斯托克斯信號(hào)通道進(jìn)行溫度解調(diào)來(lái)抵消，但由于斯托克期通道光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在單模光纖中彎曲損耗比反斯托克斯信號(hào)強(qiáng)得多（對(duì)于1550nm系統(tǒng)約為5倍），因此采用斯托克斯參考通道無(wú)法有效抵消光纖彎曲損耗的影響。此外，由于斯托克期通道的光纖非線性閥值功率比反斯托克斯通道低很多，因此采用斯托克斯參考通道的系統(tǒng)的輸入激光泵浦峰值功率主要受限于斯托克斯參考通道的非線性閥值功率，而輸入的激光泵浦峰值功率越低，就意味著系統(tǒng)的信噪比越低。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種采用循環(huán)脈沖編碼解碼和瑞利解調(diào)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，以提高系統(tǒng)的信噪比，獲得更高的測(cè)量精度和更遠(yuǎn)的測(cè)量距離。

本實(shí)用新型的采用循環(huán)脈沖編碼解碼和瑞利解調(diào)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，包括脈沖光纖激光器，聲光調(diào)制器，具有四個(gè)端口的集成型光纖波分復(fù)用器，兩個(gè)光電接收放大模塊，編碼解碼解調(diào)數(shù)字信號(hào)處理器，光纖溫度取樣環(huán)，本征型測(cè)溫光纖，數(shù)字式溫度探測(cè)器和PC機(jī)，脈沖光纖激光器的輸出端與聲光調(diào)制器的一個(gè)輸入端相連，聲光調(diào)制器的輸出端與集成型光纖波分復(fù)用器的輸入端口相連，集成型光纖波分復(fù)用器的第一輸出端口與光纖溫度取樣環(huán)的一端相連，光纖溫度取樣環(huán)的另一端與本征型測(cè)溫光纖相連，集成型光纖波分復(fù)用器的第二和第三輸出端口分別與第一和第二光電接收放大模塊的輸入端相連，第一和第二光電接收放大模塊的輸出端分別與編碼解碼解調(diào)數(shù)字信號(hào)處理器的兩個(gè)輸入端相連，編碼解碼解調(diào)數(shù)字信號(hào)處理器的第三個(gè)輸入端與數(shù)字式溫度探測(cè)器的輸出端相連，編碼解碼解調(diào)數(shù)字信號(hào)處理器的一個(gè)輸出端與脈沖光纖激光器的輸入端連接，另一輸出端與聲光調(diào)制器的另一個(gè)輸入端相連，編碼解碼解調(diào)數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)傳輸端與PC機(jī)相連。

為了保證光纖溫度取樣環(huán)溫度定標(biāo)的準(zhǔn)確性，可將光纖溫度取樣環(huán)和數(shù)字式溫度探測(cè)器緊挨置于同一個(gè)隔熱的容器內(nèi)。