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专利名称：带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤温度传感器，具体说是一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器。
背景技术：
分布式光纤温度传感器系统(DTS)的原理是基于拉曼(Raman)非线性背向散射，即在强大脉冲光的作用下，光纤内部会产生两个新的光频反斯托克斯(anti-stokes)和斯托克斯(stokes)。这两个新的光频处于原信号光频的 左右(相距数十纳米)。Stokes频率上的信号对光纤上的温度不太敏感，而Anti-Stokes频率上的信号对光纤上的温度比较敏感。这样这两个新频率上的信号比就反应了光纤的温度变化。在系统中光纤既是传输介质又是传感介质，光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中的背向Raman反斯托克斯光的强度，经波分复用器和光电检测器采集了空间温度信息，再经信号处理，系统解调后将温度信息实时从噪声中提取出来。同时利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔，对所测温度点进行定位。如图I所示，现有的双端口 DTS系统通过对传感光纤两个端口分别测量温度曲线，然后对两组数据进行叠加处理，得出最后的温度随光纤距离的分布曲线，由于是双端口测量，可以对光纤在反斯托克斯(anti-stokes)和斯托克斯(stokes)频率上的光学损耗进行自动补充，但是其测量长度仅为传感光纤长度的一半。如图2所示，为单端口 DTS系统，其测量长度与传感光纤长度一致，即可以达到双端口 DTS系统的一倍,但是单端口 DTS系统仅含有一个参考光纤温度环，故不能对光纤上的非均匀波长损耗进行补偿。另外，后来又出现了一些具备自动补偿功能的单端口 DTS系统，但是这些单端口 DTS系统的光路非常复杂，造价十分昂贵，检测程序也很繁琐。
发明内容发明目的本实用新型的目的在于克服现有单端口分布式光纤温度传感器的缺陷，提供一种在保持原有测量距离不变的情况下，既能对波长损耗进行补偿，而且结构简单的带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器。为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案—种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器，它包括激光脉冲光源、光开关和传感光纤，在激光脉冲光源与光开关之间设有一号波分复用器和二号波分复用器，一号波分复用器、二号波分复用器分别连接第一光电检测器、第二光电检测器，第一光电检测器和第二光电检测器连接数据采集与处理装置，传感光纤的起始端与光开关相连，在传感光纤与光开关之间设有参考光纤温度环；在二号波分复用器和光开关之间设置三号波分复用器，所述三号波分复用器连接光纤检测装置；所述传感光纤的末端与单模光纤光栅相连。在本实用新型中，进一步的，在传感光纤与单模光纤光栅之间设置光纤渐变器。如果所用光纤为多模光纤的话，该光纤渐变器使多模光纤到单模光纤光栅之间的模式损耗降低最小。在本实用新型中，所述的光纤检测装置为光谱分析仪或波长-电压信号转换器。有益效果本实用新型是在现有单端口光纤分布式光纤温度传感器的基础上，在传感光纤的末端加装了单模光纤光栅，在光开关前加装光谱分析仪和相应的波分复用器，单模光纤光栅的波长会随传感光纤的温度变化产生一定的漂移量，光纤检测装置或波长-电压信号转换器就可通过返还的光脉冲，检测到光波长的变化，从而知道传感光纤末端的参考温度，这样就可获知传感光纤两端的参考温度，对整个传感光纤的温度测量进行自动补偿。另外，现有的具备自动补偿功能的单端口 DTS系统的光路非常复杂，检测程序很也繁琐，而本实用新型的结构简单、成本低廉，实用方便。

图I为现有的双端口光纤分布式光纤温度传感器的结构不意图；图2为现有的单端口光纤分布式光纤温度传感器的结构示意图；图3为本实用新型的结构示意图。图1、2、3中，激光脉冲光源I、一号波分复用器2、二号波分复用器3、第一光电检测器4、第二光电检测器5、数据采集与处理装置6、光开关7、参考光纤温度环8和传感光纤9、三号波分复用器10、光纤检测装置11、光纤渐变器12、单模光纤光栅13。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做更进一步的解释。如图2所示，现有的单端口分布式光纤温度传感器包括激光脉冲光源I、光开关7和传感光纤9，在激光脉冲光源I与光开关7之间设有一号波分复用器2和二号波分复用器3，一号波分复用器2、二号波分复用器3分别连接第一光电检测器4、第二光电检测器5，第一光电检测器4和第二光电检测器5连接数据采集与处理装置6，传感光纤9的起始端与光开关7相连，在传感光纤9和光开关7之间设有参考光纤温度环8。由于单端口分布式光纤温度传感器仅含有一个参考光纤温度环，只能对光纤的起始端有参考光纤进行定标，但由于无法对传感光纤的末端端进行定标，所得到的温度无法进行自动补偿。数据采集与处理装置6对第一光电检测器4和第二光电检测器5的电信号进行连续采样，并计算它们的比值，由传感光纤9各点与参考光纤温度环8处的比值，加上参考光纤温度环的精确参考温度值，就可导出传感光纤各点的温度信息。如图3所示，本实用新型的一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器是对原有单端口光纤分布式光纤温度传感器的结构做了改进。它是在二号波分复用器3和光开关7之间设置三号波分复用器10，所述三号波分复用器10连接光纤检测装置11，并且将传感光纤9的末端与单模光纤光栅13相连。如果传感光纤9是多模光纤，则在传感光纤9的末端与单模光纤光栅13之间设置光纤渐变器12。光纤检测装置11可以为光谱分析仪或波长-电压信号转换器。在使用时，单模光纤光栅13的波长会随传感光纤9的温度变化产生一定的漂移量，光纤检测装置或波长-电压信号转换器就可通过返还的光脉冲，检测到光波长的变化，从而知道传感光纤9末端的参考温度,这样就可获知传感光纤9两端的参考温度,对整个传感光纤9的温度测量进行自动补偿。首先获取一组沿传感光纤变化的温度数据，由于是单端口测量，只能对光纤的起始端有参考光纤进行定标，但无法对传感光纤的末端进行定标，所得到的温度无法进行自动补偿。然后，向系统发一波长有别于前面单端口 DTS的光脉冲,传感末端的FBG (光纤布拉格光栅)的波长会温度的变化漂移，光谱分析仪(或波长-电压信号转换器)就可通过返还的光脉冲，检测到光波长的变化，从而知道传感光纤末端的参考温度，这样就获知传感光纤两端的参考温度，对整个传感光纤的温度测量进行自动补偿。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器，它包括激光脉冲光源(I)、光开关(7)和传感光纤(9)，在激光脉冲光源(I)与光开关(7)之间设有一号波分复用器(2)和二号波分复用器(3)，一号波分复用器(2)、二号波分复用器(3)分别连接第一光电检测器(4)、第二光电检测器(5)，第一光电检测器(4)和第二光电检测器(5)连接数据采集与处理装置(6)，传感光纤(9)的起始端与光开关(7)相连,在传感光纤(9)与光开关(7)之间设有参考光纤温度环(8)，其特征在于在二号波分复用器(3)和光开关(7)之间设置三号波分复用器(10)，所述三号波分复用器(10)连接光纤检测装置(11);所述传感光纤(9)的末端与单模光纤光栅(13)相连。
2.根据权利要求I所述的一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器，其特征在于在传感光纤(9)与单模光纤光栅(13)之间设置光纤渐变器(12)。
3.根据权利要求I或2所述的一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器，其特征在于所述的光纤检测装置(11)为光谱分析仪或波长-电压信号转换器。
专利摘要本实用新型公开了一种带有自动补偿功能的单端口分布式光纤温度传感器，它包括激光脉冲光源、光开关和传感光纤，在激光脉冲光源与光开关之间设有一号波分复用器和二号波分复用器，传感光纤的起始端与光开关相连，在靠近传感光纤的起始端处设置参考光纤温度环；在二号波分复用器和光开关之间设置三号波分复用器，所述三号波分复用器连接光纤光谱分析仪；所述传感光纤的末端与单模光纤光栅相连。本实用新型是在现有单端口光纤分布式光纤温度传感器的基础上，在传感光纤的末端加装了单模光纤光栅，在光开关前加装光谱分析仪和相应的波分复用器，这样就可获知传感光纤两端的参考温度，对整个传感光纤的温度测量进行自动补偿。
文档编号G01K11/32GK202631153SQ201220215479
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者马铭 申请人:南京煜达光电技术有限公司