专利名称：基于edfa放大技术的远程分布式拉曼温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度传感器，具体的说是ー种能够有效提高测温距离及测温准确度的基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器。
背景技术：
众所周知，分布式拉曼温度传感器由于可以实现分布式的温度測量，与传统的点式温度传感器相比，在大范围温度场测量的应用下有明显的优势，因而市场需求逐年上升，成为当前研究的热点。传统分布式拉曼温度传感器的结构如附图1，其工作原理是脉冲激光器发射的激光脉冲经过波分复用器进入传感光纤，脉冲激光信号与光纤相互作用，产生背向拉曼散射信号，背向拉曼散射信号中包括斯托克斯光和反斯托克斯光，其波长分布如图2所示。斯托 克斯光和反斯托克斯光沿传感光纤返回到波分复用器，被波分复用器分离后送入数据采集器，数据采集器采集并计算出斯托克斯光和反斯托克斯光的光強。由于斯托克斯光和反斯托克斯光的強度比与光纤的温度有关，因此根据采集器采集到的斯托克斯光强和反斯托克斯光强就可以计算出传感光纤的温度，进ー步分析获得温度信息。但由于背向拉曼散射信号很弱，并且由于激光在光纤中传输时有损耗(如附图3所示)，所以传感光纤末端返回的背向拉曼散射信号非常弱，两种光信号随距离的増加损耗的情况见图4，进而导致传统的分布式拉曼温度传感器在中远距离的测温过程中信噪比很差，计算出的传感光纤末端温度波动度很大，测温不准确，严重局限了光纤测温技术的推广。为了实现分布式拉曼温度传感器在中远距离测温过程中的应用，现有技术中是通过加大脉冲激光器输出的激光脉冲的峰值功率，从而增强背向拉曼散射信号，以达到提升传感光纤末端返回的背向拉曼散射信号的強度、实现更长的测量距离的目的，但随着激光脉冲的峰值功率逐渐加大，背向拉曼散射信号将出现非线性效应，而一旦出现非线性效应就无法继续使用斯托克斯光强和反斯托克斯光强进行温度測量。因此现有的拉曼温度传感器的测量距离一般不超过10km，截止到2012年8月31日通过GB/T21197-2007标准检验的测量距离最长的分布式光纤拉曼温度传感器是10km。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种结构合理、能够有效提升测温距离及测温准确度的远程分布式拉曼温度传感器。本发明可以通过以下措施达到
一种基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，包括输出端与波分复用器的输入端相连接的脉冲激光器、输出端与传感光纤相连接的波分复用器、与波分复用器相连接的用于采集传感光纤内背向反射光信号的数据采集器以及传感光纤，其特征在于至少设有两条传感光纤，相邻的两条传感光纤之间设有两个环形器和EDFA放大器，其中上ー级传感光纤中的信号依次经过第一环形器、EDFA放大器、第二环形器后进入下ー级传感光纤，下ー级传感光纤中的背向反射信号依次经第二环形器、第一环形器后返回上ー级传感光纤并经波分复用器送入数据采集器。本发明中上ー级传感光纤是指相邻的两条传感光纤中靠近波分复用器的一条，本发明中的环形器为三端ロ结构，其中上ー级传感光纤的末端和下ー级传感光纤的前端分别与第一环形器的端ロー、第二环形器的端ロ ー相连接，第一环形器的端ロ三与第二环形器的端ロニ相连接，EDFA放大器的输入端与第一环形器的端ロニ相连接，输出端与第二环形器的端ロ三相连接，激光脉冲信号经过上ー级传感光纤后依次经过环形器的端ロー、端ロニ出射，进入EDFA放大器，经过放大处理后再从第二环形器的端ロ三进入，并从第二环形器的端ロ 一到达下一级传感光纤。本发明可以根据测量距离的远近，増加相邻两条传感光纤之间EDFA放大器的数量，来增加光信号的强度，降低远距离传输对信号的损耗。本发明在使用时，当激光脉冲经过上ー级传感光纤后,激光脉冲的峰值功率由于 损耗已经较弱，此时较弱的激光脉冲经过第一环形器进入EDFA放大器，EDFA放大器将激光脉冲进行一次光放大，提高其峰值功率，然后激光脉冲再进入下ー级传感光纤，激光脉冲在上ー级传感光纤中产生的拉曼散射信号由上ー级传感光纤返回到波分复用器；激光脉冲在下ー级传感光纤中产生的背向拉曼散射信号经过第二环形器进入第一环形器，然后经上一级传感光纤返回到波分复用器，经实施验证，本发明提出基于EDFA放大技术的分布式拉曼温度传感器可以明显提高分布式拉曼温度传感器的測量准确度和测温距离。
附图I是现有技术中分布式拉曼温度传感器的结构示意图。附图2是激光在光纤中传输产生的背向散射信号波长范围分布图。附图3是不同波长的光在光纤中的传输损耗示意图。附图4斯托克斯光和反斯托克斯光强度随距离的衰减曲线。附图5是本发明的结构示意图。附图6是本发明的一种实施例结构示意图。附图标记脉冲激光器I、波分复用器2、上ー级传感光纤3、数据采集器4、EDFA放大器5、下ー级传感光纤6、第一环形器7、第二环形器8。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例对本发明作进ー步的说明。为了克服现有的分布式式拉曼温度传感器无法实现长距离测量的问题，本发明使用了图5所示的结构，包括输出端与波分复用器2相连接的脉冲激光器I、输出端与传感光纤相连接的波分复用器2、与波分复用器2相连接的用于采集传感光纤内背向反射光信号的数据采集器4以及传感光纤3，其中至少设有两条传感光纤，相邻的两条传感光纤之间设有两个环形器和EDFA放大器5，上ー级传感光纤3中的信号依次经过第一环形器7、EDFA放大器5、第二环形器8后进入下ー级传感光纤6,下ー级传感光纤6中的背向反射信号依次经第二环形器8、第一环形器7后返回上ー级传感光纤3并经波分复用器2进行处理后送入数据采集器4。本发明可以明显提高分布式拉曼温度传感器的測量准确度和测温距离，下面结合实施例作进ー步说明
实施例
一种基于EDFA放大技术的分布式拉曼温度传感器,如附图6所不,设有两条传感光纤，其中上ー级传感光纤3的末端与下ー级传感光纤6的前端之间加入了 2个环形器和I个EDFA放大器。当激光脉冲经过上ー级传感光纤3后，激光脉冲的峰值功率由于损耗已经较弱，此时较弱的激光脉冲经过第一环形器7进入EDFA放大器5，EDFA放大器5将激光脉冲进行一次光放大，提高其峰值功率，然后激光脉冲再进入下ー级传感光纤6，激光脉冲在上ー级传感光纤3中产生的拉曼散射信号由上ー级传感光纤3返回到波分复用器2 ;激光脉冲在下ー级传感光纤6中产生的背向拉曼散射信号经过第二环形器8进入第一环形器7，然后经上ー级传感光纤3返回到波分复用器2中进行后续处理，经实际测试这种结构可用将测量距离延长约50%。
本发明与现有技术相比，通过加入EDFA放大器对测温过程中的激光脉冲信号进行二次放大处理，能够有效提高分布式拉曼温度传感器的测温距离。
权利要求
1.一种基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，包括输出端与波分复用器相连接的脉冲激光器、输出端与传感光纤相连接的波分复用器、与波分复用器相连接的用于采集传感光纤内背向反射光信号的数据采集器以及传感光纤，其特征在于至少设有两条传感光纤，相邻的两条传感光纤之间设有两个环形器和放大器，其中上一级传感光纤中的信号依次经过第一环形器、EDFA放大器、第二环形器后进入下一级传感光纤，下一级传感光纤中的背向反射信号依次经第二环形器、第一环形器后返回上一级传感光纤并经波分复用器送入数据采集器。
2.根据权利要求I所述的基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，其特征在于上一级传感光纤指相邻的两条传感光纤中靠近波分复用器的一条。
3.根据权利要求2所述的基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，其特征在于设有两条传感光纤，上一级传感光纤的末端和下一级传感光纤的前端分别与第一环形器的端口一、第二环形器的端口一相连接，第一环形器的端口三与第二环形器的端口二相连接，EDFA放大器的输入端与第一环形器的端口二相连接，输出端与第二环形器的端口三相连接。
全文摘要
本发明涉及温度传感器，具体的说是一种基于EDFA放大技术的远程分布式拉曼温度传感器，其特征在于至少设有两条传感光纤，相邻的两条传感光纤之间设有两个环形器和放大器，其中上一级传感光纤中的信号依次经过第一环形器、EDFA放大器、第二环形器后进入下一级传感光纤，下一级传感光纤中的背向反射信号依次经第二环形器、第一环形器后返回上一级传感光纤并经波分复用器送入数据采集器，本发明与现有技术相比，通过加入EDFA放大器对测温过程中的激光脉冲信号进行二次放大处理，能够有效提高分布式拉曼温度传感器的测温距离。
文档编号G01K11/32GK102818657SQ20121032628
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者史振国, 孙忠周, 刘瑜 申请人:威海北洋电气集团股份有限公司