[实用新型]一种双波长多通道分布式光纤测温系统

说明书

本实用新型公开了一种双波长多通道分布式光纤测温系统，包括驱动电路、第一光源发生器、第二光源发生器、合波器、波分复用器、第一分波器、第二分波器、第一～第四滤波器、第一～第四光电传感器以及信号处理单元。本实用新型打破了当前分布式光纤测温系统空间分辨率与温度分辨率不可兼得的瓶颈，在保证更高的温度分辨率的同时实现更高的空间分辨率，大大提高了系统的测量精度。并且，本实用新型可以扩展更多通道，扩大测量范围，同时支持单模和多模尾纤。

技术领域

本实用新型属于光传感技术领域，特别涉及了一种分布式光纤测温系统。

背景技术

分布式光纤测温技术问世于上世纪70年代，短短四十年时间该技术不断完善趋于成熟，近年来批相关产品大面市，分布式光纤测温系统有着测量距离长、稳定性好、耐高温等优点。在智能电网、物联网等领域有着广泛应用。

目前比较成熟的分布式光纤测温产品采用的是光时域反射(OTDR)技术和拉曼(Raman)散射效应测量沿光纤分布的温度变化，激光脉冲沿光纤向前传输，激光与光纤介质相互作用，产生极为微弱的背向拉曼散射光，包括携带温度信息的反斯托克斯(anti-stokes)光和作为参考信号的斯托克斯(stokes)光，经波分复用器分离后由高灵敏光电探测器所探测，再经高速信号采集和微弱信号处理，采用双路解调法得到背向散射信号光的光强比值和返回时间，从而实时获得温度分布信息：

上式中，h为布朗克常量，Δυ为光纤分子振动频率，T₀为标定温度，k为玻尔兹曼常数，R(L)为测量温度下反斯托克斯波与斯托克斯波光强的比值，R₀(L)为标定温度下反斯托克斯波与斯托克斯波光强的比值。

目前国内外先进产品温度分辨率达到1℃，空间分辨率达到1m，能够满足消防预警、日常测温等需求，但特殊领域要求更高，仍然有很大的改进空间，如石化领域需要测温精度达到0.1℃，火灾频发的高危场合对空间分辨率要求达到0.1m。

传统分布式光纤测温系统由于其结构，温度分辨率和空间分辨率已经达到瓶颈。温度分辨率ΔT与系统信噪比P/N有关：

上式中，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度，h为布朗克常量，c为光速，σ为波数，N为噪声功率，P为信号反斯托克斯波功率。系统要获得高温度分辨率，需要提高信噪比，需要增大脉冲功率，即增大脉冲宽度。

空间分辨率Δl与脉冲宽度t有关：

上式中，v为脉冲在光纤中传播速度。系统要获得高空间分辨率，需要减小脉冲宽度。

要达到0.1m的空间分辨率，脉冲宽度要降低到1ns左右，脉冲宽度过小无法保证温度分辨率，提高温度分辨率与提高空间分辨率是冲突的。

当前市场上的分布式光纤测温设备多为单通道，可连接四条传感光纤，受限于空间分辨率的要求，脉冲宽度小，功率小，不能扩展为多通道测量，限制了设备的测量范围。

当前电力、石油石化等行业会在光缆、管道等设备建设过程中提前敷设光缆备用，这些光缆在设备内部且无需重复敷设，是作为分布式测温系统传感光纤的最优选择，但这些光缆多为单模光纤，不适用与当前市场上的分布式光纤测温设备，这也是限制分布式光纤测温设备大规模应用的障碍。

实用新型内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本实用新型提出了一种双波长多通道分布式光纤测温系统。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：