[发明专利]基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法

说明书

本发明属于分布式光纤传感系统中的温度解调领域，公开了一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法。装置包括第一脉冲激光器，第二脉冲激光器，第一脉冲激光器和第二脉冲激光器产生的脉宽不同的脉冲激光经光开关分时发送至所述传感光纤分别产生拉曼散射；后向拉曼散射中的反斯托克斯光和斯托克斯光分别被两个探测器探测后，输出到高速数据采集卡采集并发送到计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息。本发明基于双脉冲调制，通过定标阶段和测量阶段采集两种不同脉宽状态下所激发的后向拉曼反斯托克斯散射信号，进行自解调温度提取，可以保证在不影响传感距离的前提下，将系统的空间分辨率优化至厘米量级。

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感系统中的温度解调领域，具体是一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置及方法。

背景技术

分布式光纤拉曼测温系统具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、灵敏度高、可靠性好、使用寿命长、低成本以及和普通光纤良好兼容的等优点，其测温原理是基于光纤的自发拉曼散射和光时域反射定位技术。系统将高功率、窄脉宽的脉冲光波注入到多模传感光纤中，同时记录反射回来的自发后向拉曼散射光强，再通过采集卡和计算机来解调实现对光纤沿线各个位置温度的计算。

空间分辨率是指系统可准确测量实际温度的最小长度，是分布式光纤拉曼传感技术的关键性能指标，提升系统空间分辨率对工业温度安全监控领域具有重要意义。目前，在分布式光纤拉曼传感系统中，所用探测信号为脉冲信号，定位原理为脉冲时间飞行法，因此脉冲宽度是系统空间分辨率的最大限制因素。降低光源的脉冲宽度可以提高系统的空间分辨率，但是同时也会使系统的信噪比恶化，最终影响系统的传感距离。因此，目前分布式光纤拉曼传感系统存在传感距离和空间分辨率无法兼顾的矛盾，且受限于光源脉宽，导致其空间分辨率难以突破1m。

基于此，有必要发明一种全新的温度解调方法，以解决现有分布式光纤拉曼传感系统存在无法兼顾传感距离和空间分辨率的技术瓶颈，且受限于光源脉宽，导致空间分辨率难以突破1m的技术难题。

发明内容

为了解决现有分布式光纤拉曼传感系统存在空间分辨率受限于光源脉冲宽度，导致其空间分辨率难以突破1m技术瓶颈的问题，本发明提出了一种可实现厘米级空间分辨率的基于双脉冲调制的分布式拉曼双路温度解调装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双脉冲调制的分布式光纤拉曼温度解调装置，包括第一脉冲激光器，第二脉冲激光器，光开关，传感光纤，滤波器，第一雪崩光电探测器，第二雪崩光电探测器，高速数据采集卡和计算机；所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的激光输出端与所述光开关的输入端连接，光开关的输出端与传感光纤的一端连接，所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器分别用于产生脉宽差小于ns的脉冲激光，所述光开关用于将所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器产生的脉冲激光分时发送至所述传感光纤产生拉曼散射；后向拉曼散射光经滤波器分离出拉曼斯托克斯光和拉曼反斯托克斯光后，分别被第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器探测后输出到高速数据采集卡，高速数据采集卡用于分别采集第一脉冲激光器和第二脉冲激光器发出的激光脉冲在传感光纤内的各个位置处产生的拉曼斯托克斯光的光强和拉曼反斯托克斯光的光强，并发送到计算机计算得到传感光纤的沿线温度信息。

所述第一脉冲激光器和第二脉冲激光器输出激光的脉宽大于10ns，其脉宽差为0.1ns。

所述第一脉冲激光器的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第二脉冲激光器的波长为1550nm，重复频率为8KHz，第一雪崩光电探测器和第二雪崩光电探测器的带宽为100MHz、光谱响应范围为900～1700nm，所述滤波器的工作波长为1450nm/1650nm，所述高速数据采集卡的通道数为4，采样率为10GS/s，带宽为10GHz；所述传感光纤为折射率渐变型多模光纤。