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专利名称：一种分布式光纤传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于拉曼散射的分布式光纤传感系统。
背景技术：
近年来，基于拉曼散射的分布式光纤传感系统得到了很快的发展，但是由于拉曼 散射信号光十分微弱，传感用光纤一般采用50/125 μ m,或者62. 5/125 μ m的多模光纤，这 种光纤与普通的单模光纤比拉曼散射信号光要强好几倍，同时多模光纤由于纤芯面积比单 模光纤大几十倍，出现受激拉曼散射的泵浦阈值功率要高几十倍，因此采用多模传感光纤 的分布式传感系统可以使用很高功率的脉冲激光器而不会出现受激拉曼散射，但是对于单 模光纤，很容易出现受激拉曼散射，一旦出现受激拉曼散射，拉曼信号就会异常增大，导致 无法解调出正常的传感信息。受激拉曼散射的限制加上单模光纤本身比较小的拉曼散射因 子导致采用单模光纤的系统拉曼散射信号十分微弱，系统性能远远低于多模的系统。因此 现有的分布式光纤传感系统以多模为主。但是由于单模光纤的应用和敷设比较广泛，很多 场合希望能利用已经敷设好的单模光纤作为传感光纤，从而节省分布式光纤传感系统的安 装成本。但现有技术不能很好地满足实际的需求。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种能够抑制受激拉曼散射发 生，有效提高系统的工作性能，延长测温距离的分布式光纤温度传感系统。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种分布式光纤传感系统， 包括传感主机(1)和传感光纤(2)，其特征在于它包括2段或2段以上的传感光纤(2)，在 2段传感光纤之间串联受激拉曼散射抑制装置(3)；所述的受激拉曼散射抑制装置包括光 纤输入端口(4)，第一级、第二级和第三级信号处理装置，以及受激拉曼散射抑制装置输出 端口(5)；所述的第一级信号处理装置，包括光环形器(6)或光波分复用器(11)，用于对前 向拉曼散射信号光和前向泵浦光进行分离；所述的第二级信号处理装置，包括光滤波器(10)或光隔离器(23)，用于前向泵浦 光的通过，并阻止或大幅衰减前向拉曼散射信号光；所述的第三级信号处理装置，包括光环形器(15)或光波分复用器(19)，用于对前 向泵浦光和后向拉曼散射信号光进行合波。本发明所述的受激拉曼散射抑制装置，所述的光环形器(6或15)包括输入端口(7 或16)，输出端口(8或17)，反射端口(9或18)；所述的光波分复用器(11或19)包括输入 端口(14或22)，输出端口(12或20)，输出端口(13或21)。对于本发明所述的受激拉曼散射抑制装置，其第一级信号处理装置包括光环形器 (6)的具体结构为光纤输入端口(4)与第一级信号处理装置中的光环形器(6)的输出端 口(8)相连；第一级信号处理装置中的光环形器(6)的反射端口(9)与第二级信号处理装置中的光滤波器(10)相连；第二级信号处理装置中的光滤波器(10)与第三级信号处理装 置中的光环形器(15)的输入端口(16)相连或与光波分复用器(19)的输出端口(20)相连； 第三级信号处理装置中的光环形器(15)的输出端口(17)或光波分复用器(19)的输出端 口(22)与受激拉曼散射抑制装置输出端口(5)相连；第一级光环形器(6)输入端口(7)与 第三级光环形器(15)的反射端口(18)相连或者与第三级光波分复用器(19)的输出端口 (21)相连。在本发明中，当第一级信号处理装置包括光波分复用器(11)时，受激拉曼散射抑 制装置的具体结构为光纤输入端口(4)与第一级信号处理装置中的光波分复用器(11)的 输入端口(14)相连，该光波分复用器(11)的输出端口(12)与第三级信号处理装置中的光 波分复用器(19)的输出端口(20)或光环形器(15)的输入端口(16)相连，第一级信号处 理装置中的光波分复用器(11)的另一个输出端口(13)与第二级信号处理装置中的光隔离 器(23)相连，光隔离器(23)与第三级信号处理装置中的光环形器(15)的反射端口(18) 或波分复用器(19)的输出端口(21)相连。第三级信号处理装置中的光环形器(15)的输 出端口(17)或光波分复用器(19)的输出端口(22)与受激拉曼散射抑制装置输出端口(5) 相连。本发明所述的传感主机(1)为拉曼散射信号光时域反射测量仪；所述的传感光纤 (2)为单模光纤；传感主机(1)与传感光纤(2)的一端相连，构成单端测量方式。由于在基于拉曼散射的分布式光纤传感系统中，泵浦源为脉冲激光信号，脉冲泵 浦光在传感光纤中向前传播时产生前向和后向的拉曼散射信号光，后向拉曼散射信号光向 后传播时由于泵浦脉冲已经传播到前面，而下一个泵浦脉冲还没有到来，所以不会得到放 大。前向的拉曼散射信号光与泵浦光同步向前传播，受到脉冲泵浦光的持续放大，信号不断 累加增强，直至出现前向受激拉曼散射，前向受激拉曼散射信号光受到瑞利散射，部分光向 后传播，与后向拉曼散射信号光叠加在一起，后向拉曼散射信号光异常增长，导致无法解调 出正常的传感信息。本发明提供的技术方案是在两段传感光纤之间串联受激拉曼散射抑制装置，该装 置作用如下通过光波分复用器将前向泵浦光和前向拉曼散射信号光分离，然后通过光隔 离器对前向拉曼散射信号进行大幅度衰减，或者通过光滤波器阻止前向拉曼散射信号光的 通过，同时保持前向泵浦光几乎无损耗通过。与现有技术相比，本发明的优点在于受激拉曼散射抑制装置能使前向拉曼散射 信号受到衰减，受激拉曼散射将不会出现，泵浦光功率就能够提高，使单模系统中即使使用 很高功率的脉冲激光器也不会出现受激拉曼散射，泵浦光功率的提高可以增加拉曼散射信 号的强度，提高系统的工作性能，传感光纤距离就能延长，因此，测温距离得到延长。


图1是本发明实施例提供的一种分布式光纤温度传感系统的结构示意图；图2、3、4和5分别是本发明实施例提供的分布式光纤温度传感系统的受激拉曼散 射抑制装置的结构示意图；其中1、传感主机；2、传感光纤；3、受激拉曼散射抑制装置；4、受激拉曼散射抑 制装置输入端口 ；5、受激拉曼散射抑制装置输出端口 ；6、第一级信号处理装置的光环形器；7、第一级信号处理装置的光环形器输入端口 ；8、第一级信号处理装置的光环形器输出 端口 ；9、第一级信号处理装置的光环形器反射端口 ；10、滤波器；11、第一级信号处理装置 的光波分复用器；12、第一级信号处理装置的光波分复用器泵浦信号端口 ；13、第一级信号 处理装置的光波分复用器拉曼信号端口 ；14、第一级信号处理装置的光波分复用器合波信 号端口 ；15、第三级信号处理装置的光环形器；16、第三级信号处理装置的光环形器输入端 口 ；17、第三级信号处理装置的光环形器输出端口 ；18、第三级信号处理装置的光环形器反 射端口 ；19、第三级信号处理装置的光波分复用器；20、第三级信号处理装置的光波分复用 器泵浦信号端口 ；21、第三级信号处理装置的光波分复用器拉曼信号端口 ；22、第三级信号 处理装置的光波分复用器合波信号端口 ；23、光隔离器。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一参见图1所示，本实施例提供的一种分布式光纤传感系统，其中传感光纤2分成两 段，断开位置串联一个受激拉曼散射抑制装置3。传感系统主机1为拉曼散射信号光时域反 射测量仪。传感主机1与传感光纤2的一端相连，构成单端测量方式，由传感主机1发出脉 冲泵浦光，脉冲泵浦光在传感光纤中向前传播时产生前向和后向的拉曼散射信号光，前向 拉曼散射信号光不断累加，在受激拉曼散射出现前受到受激拉曼散射抑制装置3的阻止或 者极大衰减，因此不会出现受激拉曼散射效应，后向的拉曼散射信号光不会受到前向受激 拉曼散射信号光的影响，泵浦光功率因此可以提高，从而提高系统的性能，延长光纤传感的 距离。参见附图2，它是本实施例提供的一种分布式光纤传感系统的受激拉曼散射抑制 装置的结构示意图，该装置主要作用是让前向泵浦光通过，前向拉曼散射信号光被阻止或 者大幅衰减，同时让后向拉曼散射信号光通过。由图2结构可以看出，输入光信号中前向泵 浦光和前向拉曼散射信号光从受激拉曼散射抑制装置输入端口 4输入，进入第一级信号处 理装置的光环形器6输出端口 8，然后从第一级信号处理装置的光环形器反射端口 9输出， 前向拉曼散射信号光通过第二级信号处理装置的光滤波器10受到很大衰减，而泵浦光通 过第二级信号处理装置的光滤波器10到达第三级信号处理装置的光环形器15的输入端口 16从光环形器输出端口 17输出，到达受激拉曼散射抑制装置输出端口 5。后向拉曼散射信 号光从受激拉曼散射抑制装置输出端口 5输入，到达第三级信号处理装置的光环形器15的 输出端口 17，从第三级信号处理装置的光环形器15反射端口 18输出，然后到达第一级信号 处理装置的光环形器输入端口 7，从光环形器输出端口 8输出，到达受激拉曼散射抑制装置 输入端口 4。实施例二参见附图3，它是本实施例提供的一种分布式光纤传感系统的受激拉曼散射抑制 装置的结构示意图。在图3中，输入光信号中前向泵浦光和前向拉曼散射信号光从受激拉 曼散射抑制装置输入端口 4输入，进入第一级信号处理装置的光环形器6输出端口 8，然后 从第一级信号处理装置的光环形器反射端口 9输出，前向拉曼散射信号光通过第二级信号 处理装置的光滤波器10受到很大衰减，而泵浦光通过第二级信号处理装置的光滤波器10到达第三级信号处理装置的光波分复用器19的泵浦信号端口 20，从第三级信号处理装置 的光波分复用器19合波信号端口 22输出，到达受激拉曼散射抑制装置输出端口 5。后向拉 曼散射信号光从受激拉曼散射抑制装置输出端口 5输入，到达第三级信号处理装置的光波 分复用器19的合波信号端口 22，从第三级信号处理装置的光波分复用器拉曼信号端口 21 输出，然后到达第一级信号处理装置的光环形器输入端口 7，从第一级信号处理装置的光环 形器输出端口 8输出，到达受激拉曼散射抑制装置输入端口 4。按实施例一技术方案将上述受激拉曼散射抑制装置接入，形成分布式光纤传感系 统，该装置能让前向泵浦光通过，前向拉曼散射信号光被阻止或者大幅衰减，同时让后向拉 曼散射信号光通过。实施例三参见附图4，它是本实施例提供的一种分布式光纤传感系统的受激拉曼散射抑制 装置的结构示意图。在图4中，输入光信号中前向泵浦光和前向拉曼散射信号光从受激拉 曼散射抑制装置输入端口 4输入，进入第一级信号处理装置的光波分复用器11的合波信号 端口 14，分别从第一级信号处理装置的光波分复用器泵浦信号端口 12和拉曼信号端口 13 输出，前向拉曼散射信号光不能通过第二级信号处理装置的光隔离器23，因而被阻止，而泵 浦光到达第三级信号处理装置的光波分复用器19的泵浦信号端口 20，从第三级信号处理 装置的光波分复用器合波信号端口 22输出，到达受激拉曼散射抑制装置输出端口 5。后向 拉曼散射信号光从受激拉曼散射抑制装置输出端口 5输入，到达第三级信号处理装置的光 波分复用器19的合波信号端口 22，从第三级信号处理装置的光波分复用器拉曼信号端口 21输出，然后经过第二级信号处理装置的光隔离器23到达第一级信号处理装置的光波分 复用器11的拉曼信号端口 13，从第一级信号处理装置的光波分复用器11的合波信号端口 14输出，到达受激拉曼散射抑制装置输入端口 4。按实施例一技术方案将上述受激拉曼散射抑制装置接入，形成分布式光纤传感系 统，该装置能让前向泵浦光通过，前向拉曼散射信号光被阻止或者大幅衰减，同时让后向拉 曼散射信号光通过。实施例四参见附图5，它是本实施例提供的一种分布式光纤传感系统的受激拉曼散射抑制 装置的结构示意图。在图5中，输入光信号中前向泵浦光和前向拉曼散射信号光从受激拉 曼散射抑制装置输入端口 4输入，进入第一级信号处理装置的光波分复用器11的合波信号 端口 14，分别从第一级信号处理装置的光波分复用器泵浦信号端口 12和拉曼信号端口 13 输出，前向拉曼散射信号光不能通过第二级信号处理装置的光隔离器23，因而被阻止，而泵 浦光到达第三级信号处理装置的光环形器15的输入端口 16从第三级信号处理装置的光环 形器15的输出端口 17输出，到达受激拉曼散射抑制装置输出端口 5。后向拉曼散射信号光 从受激拉曼散射抑制装置输出端口 5输入，到达第三级信号处理装置的光环形器输出端口 17，从第三级信号处理装置的光环形器反射端口 18输出，然后经过光隔离器23到达第一级 信号处理装置的光波分复用器11的拉曼信号端口 13，从光波分复用器11的合波信号端口 14输出，到达受激拉曼散射抑制装置输入端口 4。按实施例一技术方案将上述受激拉曼散射抑制装置接入，形成分布式光纤传感系 统，该装置能让前向泵浦光通过，前向拉曼散射信号光被阻止或者大幅衰减，同时让后向拉
6曼散射信号光通过。
权利要求
一种分布式光纤传感系统，包括传感主机(1)和传感光纤(2)，其特征在于它包括2段或2段以上的传感光纤(2)，在2段传感光纤之间串联受激拉曼散射抑制装置(3)；所述的受激拉曼散射抑制装置包括光纤输入端口(4)，第一级、第二级和第三级信号处理装置，以及受激拉曼散射抑制装置输出端口(5)；所述的第一级信号处理装置，包括光环形器(6)或光波分复用器(11)，用于对前向拉曼散射信号光和前向泵浦光进行分离；所述的第二级信号处理装置，包括光滤波器(10)或光隔离器(23)，用于前向泵浦光的通过，并阻止或大幅衰减前向拉曼散射信号光；所述的第三级信号处理装置，包括光环形器(15)或光波分复用器(19)，用于对前向泵浦光和后向拉曼散射信号光进行合波。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于所述的受激拉曼散 射抑制装置，其光环形器(6或15)包括输入端口(7或16)，输出端口(8或17)，反射端口 (9或18)；其光波分复用器(11或19)包括输入端口(14或22)，输出端口(12或20)，输出 端口(13 或 21)。
3.根据权利要求1或2所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于所述的受激拉 曼散射抑制装置，其第一级信号处理装置包括光环形器(6)的具体结构为光纤输入端口 (4)与第一级信号处理装置中的光环形器(6)的输出端口(8)相连；第一级信号处理装置 中的光环形器(6)的反射端口(9)与第二级信号处理装置中的光滤波器(10)相连；第二 级信号处理装置中的光滤波器(10)与第三级信号处理装置中的光环形器(15)的输入端口 (16)相连或与光波分复用器(19)的输出端口(20)相连；第三级信号处理装置中的光环形 器(15)的输出端口(17)或光波分复用器(19)的输出端口(22)与受激拉曼散射抑制装置 输出端口(5)相连；第一级光环形器(6)输入端口(7)与第三级光环形器(15)的反射端口 (18)相连或者与第三级光波分复用器(19)的输出端口(21)相连。
4.根据权利要求1或2所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于所述的受激拉 曼散射抑制装置，其第一级信号处理装置包括光波分复用器(11)的具体结构为光纤输入 端口(4)与第一级信号处理装置中的光波分复用器(11)的输入端口(14)相连，该光波分 复用器(11)的输出端口(12)与第三级信号处理装置中的光波分复用器(19)的输出端口(20)或光环形器(15)的输入端口(16)相连，第一级信号处理装置中的光波分复用器(11) 的另一个输出端口(13)与第二级信号处理装置中的光隔离器(23)相连，光隔离器(23)与 第三级信号处理装置中的光环形器(15)的反射端口(18)或波分复用器(19)的输出端口(21)相连；第三级信号处理装置中的光环形器(15)的输出端口(17)或光波分复用器(19) 的输出端口(22)与受激拉曼散射抑制装置输出端口(5)相连。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于所述的传感主机(1) 为拉曼散射信号光时域反射测量仪。
6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于所述的传感光纤(2) 为单模光纤。
7.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统，其特征在于传感主机(1)与传 感光纤(2)的一端相连，构成单端测量方式。
全文摘要
本发明公开了一种基于拉曼散射的单模分布式光纤传感系统，包括传感主机(1)，传感光纤(2)以及受激拉曼散射抑制装置(3)。该系统将传感光纤分成两段，在断开位置，通过受激拉曼散射抑制装置输入端口(4)和输出端口(5)，串联受激拉曼散射抑制装置(3)。受激拉曼散射抑制装置由光环形器，光波分复用器，滤波器和隔离器等构成，该装置能让前向泵浦光和后向拉曼散射信号光通过，而前向拉曼散射信号光被阻止或者大幅衰减，从而防止受激拉曼散射的出现。利用本发明可以增加泵浦功率而不出现受激拉曼散射，增强拉曼散射信号强度，从而提高单模分布式光纤传感系统的性能，延长光纤传感距离。
文档编号G01K11/32GK101979972SQ201010293549
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者姜明武, 陈志标 申请人:苏州光格设备有限公司