[实用新型]一种全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学应变、温度传感器，尤其是全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器。

背景技术

长期以来，国内外在工程领域，大型土木建筑、桥粱、隧道、石化管道、储油罐和电力电缆主要使用电学应变片和热敏电组作为应变和温度传感器，每个传感器均需连电线，组成大型检测网络，结构很复杂，这类传感器本身带电，本质上是不安全的，易受电磁干扰，不耐腐蚀，也不能定位，不适合于恶劣环境中使用，更不适合于应用地质灾害和火灾的现场。

近年来发展起来的光纤传感器网能实现大型土木工程、电力工程、石化工业，交通桥梁，隧道，地铁站，大坝、大堤和矿业工程等安全健康监控和灾害的预报和监测。光纤传感器有两大类：一类是以光纤光栅(FBG)和光纤法白(F-P)等点式传感器“挂”(布设)在光纤上，采用光时域技术组成的准分布式光纤传感器网络，准分布式光纤传感器网的主要问题是在点式传感器之间的光纤仅是传输介质，因而存在检测“盲区”；另一类利用光纤的本征特性，光纤瑞利、拉曼和布里渊散射效应，采用光时域(OTDR)技术组成的全分布光纤传感器网，测量应变和温度。全分布光纤传感器网中的光纤既是传输介质又是传感介质，不存在检测盲区。

发展光纤传感技术，建设新型光纤传感监控网，是保障我国电力，石化，煤矿，大型桥梁，隧道的安全的重要措施。采用本征型全分布式光纤瑞利、拉曼和布里渊散射传感器网络能预测地层结构应力场、温度场的变化，对监控地层结构、地震、滑坡和大面程坍方具有预报作用；采用全分布式传感器网能防止重大的灾害对电力工程，大型土木工程，石化工程的影响，实施安全健康监测和采取相应的应急预案和措施。

近年来发展起来的利用分布式光纤温度传感器作为线型火灾监测感温火灾探测器，它可以在线实时预报温度的变化，可以在很大的温度范围设置报警温度，是本质安全型的线型感温火灾探测器，在电力工业、交通隧道和地下工程上已成功地应用。

但对大型土木工程、隧道和地质灾害的预测和监控，不仅需要测量温度场而且需要测量大的应变场(形变)甚至裂纹。全分布式光纤布里渊时域分析器虽能同时检测温度和应变，但存在交叉效应，影响检测结果，而且仪器价格昂贵。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种成本低、结构简单、信噪比好，可靠性好的全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器。

发明的全分布式光纤瑞利与拉曼散射光子应变、温度传感器包括脉冲激光器，集成型光纤波分复用器，传感光纤，三个光电接收模块，数字信号处理器，显示器和报警器，集成型光纤波分复用器具有五个端口，其中1550nm输入端口与脉冲激光器相连，COM输出端口与传感光纤相连，1450nm输出端口与第一光电接收模块的输入端相连，1660nm输出端口与第二光电接收模块的输入端相连，1550nm输出端口与第三光电接收模块的输入端相连，三个光电接收模块的输出端分别与数字信号处理器相连，数字信号处理器的信号输出端连接显示器和报警器。

上述的脉冲激光器采用中心波长为1550nm，光谱宽度为0.1nm，激光脉冲宽度为18ns，峰值功率为20W，重复频率为4kHz的脉冲激光器。

所说的集成型光纤波分复用器采用SZMX-WDM-3型集成型光纤波分复用器。该集成型光纤波分复用器包括分立的光纤双向耦合器、光纤平行光路、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光宽带滤光片，具有1550nm激光输入端口，COM输出端口，1450nm输出端口，1660nm输出端口和1550nm输出端口等五个端口，光纤双向耦合器1550nm激光输入端口与脉冲激光器相连，COM输出端与传感光纤相连，通过光纤双向耦合器的另一端收集的背向1550nm瑞利散射、1450nm反斯托克斯拉曼散射和1660nm斯托克斯拉曼散射，通过第一光纤平行光路与1450nm宽带滤光片，透过的1450nm宽带的光纤反斯托克斯拉曼散射光由1450光纤端口输出，反射回来的1550nm瑞利散射光和1660nm宽带斯托克斯拉曼散射，再通过第二光纤平行光路与1660nm宽带滤光片，透过的1660nm宽带斯托克斯拉曼散射光由1660nm光纤端口输出，反射的1550nm瑞利散射光由光纤1550nm输出端口输出。

本实用新型中，所说的三个光电接收模块均是由低噪音的InGaAs光电雪崩二极管和低噪音宽带前置放大器集成芯片MAX4107和三级主放大器组成的HZOE-GDJM-2型光电接收模块。