本发明专利技术涉及一种并置的分布式光纤温度传感器，该传感器包括光源、耦合器、波分复用器及光检测装置；其中包括多芯成缆的传感光纤，耦合器８端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别与耦合器９、１１端口Ｐ↓［１］对接，耦合器１０端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别与耦合器９、１１端口Ｐ↓［４］对接，耦合器９、１１端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别接传感光纤；其中光源经耦合器８端口Ｐ↓［１］输入，耦合器１０端口Ｐ↓［４］接波分复用器４，波分复用器４接光检测装置；本发明专利技术将光干涉原理应用于喇曼散射型光纤温度传感器，实现测量精度提高或者测量距离更远的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤温度传感器，尤其是一种并置的分布式光纤温度传感器。技术背景与传统的传感器相比,分布式光纤温度传感器具有诸多优点，集传感与传输于一体，可实 现远距离测量与监控； 一次测定就可以获取整个光纤区域的一维分布图,将光纤架设成光栅状, 就可测定被测区域的二维和三维分布情况,能在一条长达数千米的传感器光纤环路上获得几 十、几百甚至几千条信息，因此单位信息成本显著降低，测量范围宽，具有高空间分辨率和高精 度；在具有强电磁干扰或易燃易爆以及其他传感器无法接近的恶劣环境下，分布式光纤温度传 感器具有无可比拟的优点。因此自20世纪80年代以来,人们对实现分布式光纤温度传感的 各种技术展开了广泛研究。针对分布式光纤温度传感器，首先要解决的是对携带温度信息的光 信号的识别和测量位置的确定，光时域反射(OTDR)技术和光频域反射(OFDR)技术对此提 供了很好的解决方法；而对于较长距离的分布测温应用，基于散射机理的分布传感系统则有着 无比的优越性，这是因为此时光纤中所损失的功率直接用于所感应的信号能量。光纤中最强的散射过程就是瑞利散射，约为入射光的-35dBm，瑞利散射是由光纤中非传 播的局域密度的不均匀和成分的不均匀所致，实验和理论都发现玻璃(组成光纤的主要成分) 的瑞利散射系数的温度灵敏度极其微弱，因此实现基于瑞利散射的全固光纤的温度分布系统 很困难，然而在某些液体中，这种温度灵敏度却很强，如在苯中，其温度灵敏度高达O. 033dB/K。 由于液芯光纤的寿命短,且液体有冰点、沸点的存在，限制了测温的范围，该方案不能得到实际 的应用。目前主要应用的是喇曼散射型和布里渊散射型。光通过光纤时，光子和光纤中因自发热运动而产生的声子会产生非弹性碰撞，从而发生自发的布里渊散射，散射光的频率相对入射光的频率变化范ffl在10(;iiz。iiGi卜z。幕于改技术的传感器的典型结构为布里渊放大器结构(如图4所示)，处于光纤两端的可调谐激光器分别 将一脉冲光与一连续光注入传感光纤，当两束光的频率差处于相遇光纤区域中的布単渊增益 带宽内时，两束光就会在作用点产生布里渊放大器效应,相互间发生能量转移，在对两台激光 器的频率进行连续调整的同时,通过检测从光纤一端射出的连续光的功率，就可确定光纤的各 小段区域的布里渊增益达到最大时所对应的频率差，所确定的频率差与光纤上各段区域的布 里渊频移相等。因此在光纤与布里渊频移成正比的温度和应变就随之确定。该传感技术所能 达到的测量精度主要依赖于两台激光器的调谐精度。所以该系统较复杂，成本高,泵浦激光和 探测激光必须放在被测光缆的两端，而且不能测断点，对激光器的稳频以及光源和控制系统 的要求很高。因此其应用受到一定限制。喇曼散射是当激光脉冲在光纤中传播时由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能 量交换而产生的。具体地说，如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的 光称为喇曼斯托克斯光，如果一部分热振动转换为光能,那么将发出一个比光源波长短的光称 为喇曼反斯托克斯光。基于自发喇曼散射的分布式温度传感系统如图5所示,两种喇曼后向 散射光，斯托克斯光和反斯托克斯光经波分复用器后被分离，然后被光电接收放大组件接收转 变为电信号并放大，再经信号处理系统处理转变为温度信号，作为一种双通道测量方法可以有 效消除光源的不稳定和光纤传输与耦合的随机噪声的影响。后向散射喇曼光与入射光的关系为P0=+《Sexp(-2a丄) (1)其中尸。为后向散射喇曼光功率，丄为传感光纤长度，"为光纤的平均损耗系数，S为喇曼具体的实施方式参照附图说明图1,为本专利技术的实施例一4路并置的分布式光纤温度传感器的结构示意图。本专利技术 采用4芯传感光纤并置,入射光分4路,利用3dB耦合器it /2相位突变和光纤交叉相位调制在 3dB耦合器中同相原理，返回光信号干涉相长，返回光功率与单路入射光功率关系为-<formula>formula see original document page 4</formula> (3)所述的传输光纤采用低损耗光纤,要求能适合入射光波长的激光进行低损耗传输。 所述的光探测器采用能够在上述选用的入射激光波长下对自发喇曼后散射光信号进行高 灵敏度光电转换的半导体光电探测器，用于将携带有温度信息的光信号转换成电信号。 其它光源隔离器、驱动器，电信号放大与微处理器控制与数据处理等。本专利技术的原理如下设耦合器2、 3、 5、 6的光强耦合系数均为/fc,入射光在光纤中传播常数为/ ,，喇曼散射光 在光纤中传播常数为A， / = 由光纤耦合器的传输矩阵得-<formula>formula see original document page 4</formula>4)返回光场不仅获得了线性相移，而且还获得了自相位调制和交叉相位调制引入的非线性 相移<formula>formula see original document page 4</formula> (5) 其中y为光纤非线性参数，厶为喇曼参量(值约为0. 18),由于返回光非常微弱，且y非常小，因 此上式中—《f可以忽略。<formula>formula see original document page 4</formula> (6)当A=l/2时￡。= -五,V^ exp(-a丄+ - A)丄+ y0.455,丰,f) (7) 返回光功率<formula>formula see original document page 4</formula>(8) 图2结构示意图的返回光功率P。 =2/^exp(-2a丄)(9) 图3结构示意图的返回光功率P。-8/^exp(-2") (10)以此类推,按2n (n=l， 2, 3,…)路并置的传感器的返回光功率P。 =2"/^exp(-2aZ) (11)由此可见,式(11)的光功率是式(1)的2"+1 (『1，2,3,…)倍,实现了传感器信噪比的提高, 从而测量温度精度相应提高。如果在后续相同的信号处理能力下,可获得与单路系统的测量长 度关系为<formula>formula see original document page 4</formula> (12)解式(12)得后散射因子(含温度信息)，《为入射光功率。喇曼分布式光纤传感器的唯一不足之处是返回信号相当弱，因为反斯托克斯散射强度只 有入射光的-75dBm,为了避免信号处理过程中信号平均时间过长，脉冲激光源的峰值功率相当高，但不能超过喇曼散射受激的阈值功率，并且测量距离越长，阈值功率越小，f的最大值 为喇曼散射受激的阈值功率if :<formula>formula see original document page 5</formula>(2)。其中C为常数。
技术实现思路
本专利技术是为了克服喇曼散射型光纤温度传感器测量距离越长,返回光信号越弱的缺点，而 提供了一种并置的分布式光纤温度传感器，该传感器采用多芯传感光纤并置，光源分路，利用 3dB耦合器it/2相位突变本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种并置的分布式光纤温度传感器，该传感器包括光源、耦合器、波分复用器及光检测装置；其中包括多芯成缆的传感光纤，耦合器８端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别与耦合器９、１１端口Ｐ↓［１］对接，耦合器１０端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别与耦合器９、１１端口Ｐ↓［４］对接，耦合器９、１１端口Ｐ↓［２］、Ｐ↓［３］分别接传感光纤；其中光源经耦合器８端口Ｐ↓［１］输入，耦合器１０端口Ｐ↓［４］接波分复用器４，波分复用器４接光检测装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张利勋，刘永智，彭增寿，代志勇，欧中华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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