专利名称：远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用光纤放大的反斯托克斯拉曼背向散射光的分布式温度测量系统。
背景技术：
用于测量温度的装置主要有各种温度计、热电偶、热电阻和红外辐射测温仪，光纤温度传感器等。这些仪器能精确测量某一点温度值，但不能同时监测和测量多点的温度而且不能定位；在危险和有害的环境中通常不能使用而且带来不安全因素。

发明内容
本发明的目的是提供一种能同时测量多点温度的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统。
本发明的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统包括主机、信号采集处理部分和单模传感光纤三个部分，主机包括掺铒光纤激光器、光纤双向耦合器、多光束干涉滤光器、带前置放大器的铟镓砷(InGaAs)光电雪崩二极管模块、主放大器，信号采集处理部分包括高速采集累加卡和计算机，掺铒光纤激光器产生的激光脉冲进入光纤双向耦合器，光纤双向耦合器的输出分二路，其一路接单模传感光纤，另一路接多光束干涉滤光器，多光束干涉滤光器输出的带有温度信息的反斯托克斯拉曼背向自发散射信号输入InGaAs光电雪崩二极管模块，InGaAs光电雪崩二极管模块的输出信号经主放大器放大输入高速采集累加卡，高速采集累加卡的输出端与计算机相连。
工作时，掺铒光纤激光器产生的高功率的激光脉冲进入光纤双向耦合器，激光脉冲经双向耦合器后进入单模传感光纤，在单模传感光纤中与光纤分子相互作用产生携带有温度信息的受激反斯托克斯拉曼散射光，受激反斯托克斯拉曼散射光返回到双向耦合器，进入多光束干涉滤波器，多光束干涉滤波器只允许带有温度信息的反斯托克斯散射光通过，其输出的光信号经过光雪崩二极管模块转换成电信号，电信号经主放大器放大后输入到高速采集累加卡，累加卡对信号进行累加、处理送入计算机，由计算机中的温度处理和定标软件对采集到的数据进行运算处理，即可得到光纤上任一点的温度、温度变化率和空间温度场的分布。
本发明优点系统结构简单，利用受激的反斯托克斯拉曼散射，获得了较强的有用信号，提高了测温的灵敏度；测温距离远可以达到30公里，同时测量30000点的温度，并可以精确定位；由于系统本身携带很小的能量，具有很高的安全性；系统的环境适应性和稳定好；光纤既用于传输用又用于传感测温用，光纤本身不带电，是本质安全型的，能在易燃，易爆，有害气体的危险场合下使用。


图1是本发明构成方框图；图2是InGaAs光电雪崩二极管模块和主放大器电路图具体实施方式
参照图1，本发明的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统包括主机9、信号采集处理部分10和单模传感光纤8三个部分，主机9包括掺铒光纤激光器1、光纤双向耦合器2、多光束干涉滤光器3、带低噪音前置放大器的铟镓砷(InGaAs)光电雪崩二极管模块4和主放大器5，信号采集处理部分10包括高速采集累加卡6和计算机7，掺铒光纤激光器1产生的激光脉冲进入光纤双向耦合器2，通常，激光中心波长1547.4nm，光谱带宽0.075nm，脉冲重复率2kHz，脉冲宽度10ns，激光输出功率0-100W可调，光纤双向耦合器2的输出分二路，其一路接单模传感光纤8，另一路接多光束干涉滤光器3，多光束干涉滤波器只允许1450nm的背向反斯托克斯拉曼散射光通过。多光束干涉滤光器3输出的带有温度信息的反斯托克斯拉曼背向自发散射信号输入InGaAs光电雪崩二极管模块4，InGaAs光电雪崩二极管模块4的输出信号经主放大器5放大输入高速采集累加卡6，高速采集累加卡6的输出端与计算机7相连。
本发明中所采用的高速采集累加卡的参数应满足累加次数指采集卡硬件累加的次数，设置范围为0～131072次；采样深度即采样长度，指每次采集的点数，设置范围为1～32766点。
为了消除电磁干扰的影响，通常将主机装置在不锈钢和紫铜双层壳体中。
参照图2，本发明中的InGaAs光电雪崩二极管模块可采用由低噪音InGaAs光电雪崩二极管和集成的前置放大器组成的APDM模块，主放大器由放大集成芯片IC5、IC6、IC7及其外围电阻、电容组成的第二级，第三级和第四级放大器构成，信号由耦合电容C60输出。
权利要求
1.远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统，其特征是它包括主机(9)、信号采集处理部分(10)和单模传感光纤(8)三个部分，主机(9)包括掺铒光纤激光器(1)、光纤双向耦合器(2)、多光束干涉滤光器(3)、带低噪音前置放大器的InGaAs光电雪崩二极管模块(4)和主放大器(5)，信号采集处理部分(10)包括高速采集累加卡(6)和计算机(7)，掺铒光纤激光器(1)产生的激光脉冲进入光纤双向耦合器(2)，光纤双向耦合器(2)的输出分二路，其一路接单模传感光纤(8)，另一路接多光束干涉滤光器(3)，多光束干涉滤光器(3)输出的带有温度信息的反斯托克斯拉曼背向自发散射信号输入InGaAs光电雪崩二极管模块(4)，InGaAs光电雪崩二极管模块(4)的输出信号经主放大器(5)放大输入高速采集累加卡(6)，高速采集累加卡(6)的输出端与计算机(7)相连。
2.按权利要求1所述的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统，其特征是所说的主机(9)装置在不锈钢和紫铜双层壳体中。
3.按权利要求1所述的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统，其特征是带低噪音前置放大器的InGaAs光电雪崩二极管模块(4)是由低噪音InGaAs光电雪崩二极管和集成的前置放大器组成的APDM模块。
4.按权利要求1所述的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统，其特征是主放大器(5)是由放大集成芯片IC5、IC6、IC7及其外围电阻、电容组成第二级，第三级和第四级放大器构成。
全文摘要
本发明的远程30公里分布光纤拉曼温度传感器系统包括掺铒光纤激光器产生的激光脉冲进入光纤双向耦合器，光纤双向耦合器的输出分二路，其一路接单模传感光纤，另一路接多光束干涉滤光器，多光束干涉滤光器输出的带有温度信息的反斯托克斯拉曼背向自发散射信号输入InGaAs光电雪崩二极管模块，InGaAs光电雪崩二极管模块的输出信号经主放大器放大输入高速采集累加卡，高速采集累加卡的输出端与计算机相连。本发明在30公里光纤上能同时测量30,000个点的温度值，并可以对空间每个测温点进行定位，光纤本身不带电，是本质安全型的，能在易燃，易爆，有害气体的危险场合下使用。
文档编号G01K1/02GK1444026SQ0311652
公开日2003年9月24日 申请日期2003年4月17日 优先权日2003年4月17日
发明者张在宣, 王剑锋, 余向东, 郭宁, 刘红林, 吴孝彪 申请人:中国计量学院