專利名稱：嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
在分布式光纖傳感器中，利用光纖的本征散射特性，光纖反斯托克斯拉曼散射光 強(qiáng)度受光纖所處溫度調(diào)制的原理和光時(shí)域反射原理組成的分布式光纖拉曼溫度傳感器具 有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的分布式光纖拉曼光子溫度傳感器由于受到系統(tǒng)信噪比的 限制，最大測(cè)量距離為30km。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，以延伸分布 式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)的測(cè)溫光纖長(zhǎng)度。本發(fā)明的嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器包括半導(dǎo)體脈沖激光器、1x3 光纖雙向耦合器、光開關(guān)、兩塊濾光片、兩個(gè)光電雪崩二極管、工控機(jī)和驅(qū)動(dòng)接口，半導(dǎo)體脈 沖激光器的輸出端與1x3光纖雙向耦合器的輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器的一個(gè)輸出 端與連接各測(cè)溫光纖的光開關(guān)相連，1x3光纖雙向耦合器的第二個(gè)輸出端依次經(jīng)第一濾光 片、第一光電雪崩二極管與工控機(jī)的一個(gè)輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器的第三個(gè)輸出端 依次經(jīng)第二濾光片、第二光電雪崩二極管與工控機(jī)的另一個(gè)輸入端相連，工控機(jī)的輸出端 經(jīng)驅(qū)動(dòng)接口與光開關(guān)相連。工作時(shí)，半導(dǎo)體脈沖激光器發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過(guò)1x3光纖雙向耦合器進(jìn)入光開 關(guān)，通過(guò)光開關(guān)的不同輸出端進(jìn)入各個(gè)測(cè)溫通道的測(cè)溫光纖。測(cè)溫光纖各點(diǎn)返回的背向反 斯托克斯散射光信號(hào)經(jīng)過(guò)光開關(guān)、1x3光纖雙向耦合器、第一濾光片和第一光電雪崩二極 管，將背向反斯托克斯散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成摸擬電信號(hào)并放大進(jìn)入工控機(jī)；測(cè)溫光纖各點(diǎn)返 回的背向斯托克斯散射光信號(hào)經(jīng)過(guò)光開關(guān)、1x3光纖雙向耦合器、第二濾光片和第二光電雪 崩二極管，將背向斯托克斯散射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成摸擬電信號(hào)并放大進(jìn)入工控機(jī)；由工控機(jī)內(nèi) 插的數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入的兩路背向散射光電信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)兩路背向散射光電信號(hào)的 幅度關(guān)系由軟件運(yùn)算出相應(yīng)的溫度值。系統(tǒng)軟件通過(guò)工控機(jī)的RS232串行口向驅(qū)動(dòng)接口發(fā) 出光開關(guān)相應(yīng)的切換指令，驅(qū)動(dòng)接口將指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電平控制光開關(guān)在不同通道間切 換，實(shí)現(xiàn)多通道的溫度測(cè)量，有效地延伸了系統(tǒng)的測(cè)溫長(zhǎng)度。由光纖上各段的反向反斯托克
V
斯拉曼散射波的電信號(hào)Vas與反向斯托克斯散射波的電信號(hào)vs的比值t，通過(guò)溫度標(biāo)定得 V
到電信號(hào)的比值f與溫度的關(guān)系，得到光纖各段處的溫度，從而獲得空間的溫度場(chǎng)分布。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用光開關(guān)對(duì)光的時(shí)分復(fù)用特性，在分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)中嵌入光開關(guān)，將測(cè)溫光纖從原來(lái)的一路擴(kuò)展為多路?？梢杂行У匮由旆植际焦饫w拉曼溫度傳 感器系統(tǒng)總的測(cè)溫光纖長(zhǎng)度。


圖1是本發(fā)明的嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，包括半導(dǎo)體脈沖激光器21、 1x3光纖雙向耦合器22、光開關(guān)23、兩塊濾光片24、25、兩個(gè)光電雪崩二極管26、27、工控機(jī) 28和驅(qū)動(dòng)接口 29，圖例中，光開關(guān)23采用1X4多模光開關(guān)，半導(dǎo)體脈沖激光器21的輸出端 與1x3光纖雙向耦合器22的輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器22的一個(gè)輸出端與連接各 測(cè)溫光纖30的1X4多模光開關(guān)23相連，1x3光纖雙向耦合器22的第二個(gè)輸出端依次經(jīng)第 一濾光片24、第一光電雪崩二極管26與工控機(jī)28的一個(gè)輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器 22的第三個(gè)輸出端依次經(jīng)第二濾光片25、第二光電雪崩二極管27與工控機(jī)28的另一個(gè)輸 入端相連，工控機(jī)28的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)接口 29與1X4多模光開關(guān)23相連。由工控機(jī)內(nèi)插的數(shù)據(jù)采集卡對(duì)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換及放大的來(lái)自測(cè)溫光纖各點(diǎn)返回的 兩路背向反斯托克斯和斯托克斯散射光電信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)兩路背向散射光電信號(hào)的幅 度關(guān)系由軟件運(yùn)算出相應(yīng)的溫度值，通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口發(fā)出1X4多模光開關(guān)相應(yīng)的切換指令， 控制1X4多模光開關(guān)在不同通道間切換，實(shí)現(xiàn)多通道的溫度測(cè)量，延伸系統(tǒng)的測(cè)溫長(zhǎng)度。本發(fā)明中，半導(dǎo)體脈沖激光器21可采用脈沖寬度小于30ns，波長(zhǎng)為1550nm的半導(dǎo) 體FP腔的高功率光纖激光器。第一濾光片24采用波長(zhǎng)為1450nm、寬帶> 30nm、隔離度> 30dB、損耗< 0. 5 % 的反斯托克斯散射光濾波器；第二濾光片25采用波長(zhǎng)為1660nm、寬帶> 30nm、隔離度> 30dB、損耗<0.5%的斯托克斯拉曼散射光濾波器。驅(qū)動(dòng)接口 29與工控機(jī)28之間通過(guò) RS232串行口連接。
權(quán)利要求
嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，其特征是包括半導(dǎo)體脈沖激光器(21)、1x3光纖雙向耦合器(22)、光開關(guān)(23)、兩塊濾光片(24)、(25)、兩個(gè)光電雪崩二極管(26)、(27)、工控機(jī)(28)和驅(qū)動(dòng)接口(29)，半導(dǎo)體脈沖激光器(21)的輸出端與1x3光纖雙向耦合器(22)的輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器(22)的一個(gè)輸出端與連接各測(cè)溫光纖(30)的光開關(guān)(23)相連，1x3光纖雙向耦合器(22)的第二個(gè)輸出端依次經(jīng)第一濾光片(24)、第一光電雪崩二極管(26)與工控機(jī)(28)的一個(gè)輸入端相連，1x3光纖雙向耦合器(22)的第三個(gè)輸出端依次經(jīng)第二濾光片(25)、第二光電雪崩二極管(27)與工控機(jī)(28)的另一個(gè)輸入端相連，工控機(jī)(28)的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)接口(29)與光開關(guān)(23)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，其特征是半導(dǎo)體 脈沖激光器(21)是脈沖寬度小于30ns，波長(zhǎng)為1550nm的半導(dǎo)體FP腔的光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器，其特征在于第一 濾光片(24)是波長(zhǎng)為1450nm、寬帶> 30nm、隔離度> 30dB、損耗< 0. 5%的反斯托克斯散 射光濾波器。第二濾光片(25)是波長(zhǎng)為1660nm、寬帶> 30nm、隔離度> 30dB、損耗<0. 5% 的斯托克斯拉曼散射光濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開的嵌入光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器是利用光纖的拉曼散射特性，光纖反斯托克斯拉曼散射波強(qiáng)度受光纖溫度調(diào)制的原理和光時(shí)域反射原理制成的。包括半導(dǎo)體脈沖激光器、1×3光纖雙向耦合器、光開關(guān)、兩塊濾光片、兩個(gè)光電雪崩二極管、工控機(jī)和驅(qū)動(dòng)接口。從測(cè)溫光纖各點(diǎn)返回的背向斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射波經(jīng)分別轉(zhuǎn)換成摸擬電信號(hào)并放大進(jìn)入工控機(jī)，通過(guò)測(cè)量?jī)烧叩膹?qiáng)度比，得到光纖各段的溫度信息。本發(fā)明利用光開關(guān)對(duì)光的時(shí)分復(fù)用特性，在分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)中嵌入光開關(guān)，將測(cè)溫光纖從原來(lái)的一路擴(kuò)展為多路。可以有效地延伸分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)總的測(cè)溫光纖長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101813530SQ20101013358
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者余向東, 劉紅林, 張?jiān)谛? 王劍鋒, 金永興, 龔華平 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院