[发明专利]采用序列脉冲编码解码的分布式光纤拉曼温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤温度传感器，特别是分布式光纤拉曼温度传感器。

背景技术

分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。分布式光纤拉曼温度传感器利用光纤的喇曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。它是一个特殊的光纤通信系统；利用光纤的光时域的反射(Optical time domain reflection简称OTDR)技术，由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测温度点定位，它又是一个典型的光纤激光温度雷达系统。分布式光纤拉曼温度传感器可以在线实时预报现场的温度和温度变化的取向，在线监测现场温度的变化，在一定的温度范围设置报警温度，是一种本质安全型的线型感温探测器，已在电力工业、石化企业、大型土木工程和在线灾害监测等领域成功地应用。

典型的分布式光纤拉曼温度传感器一般采用激光脉冲作为泵蒲信号，用反斯托克斯拉曼散射光作为测量温度信号通道，斯托克斯拉曼散射光作为测量温度参考通道。由于光纤上被则温度点的空间定位分辨率由激光脉冲宽度决定，为了获得更高的空间分辨率，需要将激光脉冲宽度压窄，但压窄激光脉冲宽度带来的后果是激光的有效光子数变少了，使得斯托克斯和反欺托克斯散射光强度变小从而使温度信号的信噪比降低，影响到测温精度。随着系统测程增加，这一问题越发显得严重。为了解决这一问题，传统的办法是增加激光窄脉冲的发射功率，但增加发射功率到一定程度后拉曼散射光会出现非线性效应，使温度解调变得极为困难。另一种办法是增加信号采集次数，通过多次平均来提高信噪比，但这样却增加了系统的工作时间，从而降低了测温的实时反应能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用序列脉冲编码解码的分布式光纤拉曼温度传感器，以有效解决传统光纤分布温度传感器“提高空间分辨率-降低信噪比，提高信噪比-降低空间分辨率或增加测量时间”这一矛盾，提高测温精度。

本发明的采用序列脉冲编码解码的分布式光纤拉曼温度传感器，包括具有拉曼频移的光纤耦合多脉冲半导体激光发射模块，掺铒光纤放大器，带通滤光片，具有四个端口的集成型光纤波分复用器，两个光电接收放大模块，编码解码解调数字信号处理器，光纤温度取样环，本征型测温光纤，数字式温度探测器和PC机。光纤耦合多脉冲半导体激光发射模块的输出端与掺铒光纤放大器的输入端相连，掺铒光纤放大器的输出端与带通滤光片的一端相连，带通滤光片的另一端与集成型光纤波分复用器的输入端口相连，集成型光纤波分复用器的第一输出端口与光纤温度取样环的一端相连，光纤温度取样环的另一端与本征型测温光纤相连，集成型光纤波分复用器的第二和第三输出端口分别与第一和第二光电接收放大模块的输入端相连，第一和第二光电接收放大模块的输出端分别与编码解码解调数字信号处理器的两个输入端相连，数字式温度探测器的输出端与编码解码解调数字信号处理器第三个输入端相连，编码解码解调数字信号处理器的输出端与光纤耦合多脉冲半导体激光发射模块的输入端相连，编码解码解调数字信号处理器的通讯接口连接PC机。

为了保证光纤温度取样环温度定标的准确性，可将光纤温度取样环和数字式温度探测器紧挨置于同一个隔热的容器内。