一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生共振光信號和測試光信號的共振模塊、用于將拉曼反射光從噪聲中分離出來的濾光模塊、用于進(jìn)行光信號共振的光纖合路器、用于獲取定標(biāo)溫度的定標(biāo)光纖和用于傳輸增強(qiáng)后拉曼反射光的WDM器件；所述共振模塊的測試光信號輸出端和所述濾光模塊的輸入端分別連接所述定標(biāo)光纖，所述共振模塊的共振光信號輸出端和所述濾光模塊的輸出端合并于所述光纖合路器中，所述光纖合路器的輸出端連接所述WDM器件。本實(shí)用新型不僅能有效的提高光信號的質(zhì)量，降低噪聲的干擾，還可利用共振技術(shù)增強(qiáng)待測的拉曼反射光的光強(qiáng)，從而獲得更高的檢測靈敏度，不必采用高精密器件做信號處理，降低了檢測成本。
【專利說明】一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光信號檢測處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于分布式光纖測溫的光信號檢測處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光信號在光纖中的傳播過程中，光纖的每一點(diǎn)都會產(chǎn)生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好與入射光的方向相反(亦可稱為后向)，這種后向反射光稱為拉曼反射光，其光強(qiáng)度與光纖中的反射點(diǎn)的溫度有一定的相關(guān)關(guān)系。利用這個現(xiàn)象，若能測出后向拉漫反射光的強(qiáng)度，就可以計算出反射點(diǎn)的溫度，這就是利用拉漫反射光進(jìn)行分布式光纖測溫的基本原理。
[0003]在光信號檢測領(lǐng)域，通常都是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號處理。但在這個過程中，采用光電二極管將光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流，由于光信號非常微弱，導(dǎo)致光電流也非常小(nA級別)，對信號檢測的器件和檢測原理的要求非常的苛刻，給信號檢測增加了難度。
[0004]另外，在光電檢測中，噪聲來源有多種，光在光纖傳輸中，由于存在多種散射，進(jìn)而存在多種波長的光同在光纖中傳輸，到達(dá)光電二極管后都能夠產(chǎn)生大小不等的光電流，給后續(xù)的測量產(chǎn)生了較大的誤差；在信號放大和進(jìn)行轉(zhuǎn)換過程中，由于器件的失調(diào)電壓等因素的影響，加之器件本身的噪聲，都會給測量精度產(chǎn)生影響。
[0005]傳統(tǒng)的光信號檢測原理是:采用高精密前置放大器將信號放大，再采用濾波技術(shù)將有用信號分離出來，然后再將有用信號再次放大，得到能夠被處理器或其他器件能夠識別的電信號進(jìn)行處理。但在檢測過程中存在諸多影響測量精度的因素，例如放大器失調(diào)電壓的影響，要求輸入的光電流必須大于一定值才能被有效放大。而且，在采用拉曼散射原理的分布式光纖測溫應(yīng)用中，由于產(chǎn)生拉曼散射的光強(qiáng)很弱，容易被其他散射信號淹沒，給測量增加了難度，由于光信號本身的問題，測溫的精度也大打折扣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型要解決的問題是提供一種分布式光纖測溫過程中的光信號檢測處理系統(tǒng)，通過濾光技術(shù)將拉曼反射光從多種反射光及噪聲中分離出來，并通過共振技術(shù)增強(qiáng)拉曼反射光的光強(qiáng)，從而提高分布式光纖測溫的靈敏度。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生共振光信號和測試光信號的共振模塊、用于將拉曼反射光從噪聲中分離出來的濾光模塊、用于進(jìn)行光信號共振的光纖合路器、用于獲取定標(biāo)溫度的定標(biāo)光纖和用于傳輸增強(qiáng)后拉曼反射光的WDM器件；所述共振模塊的測試光信號輸出端和所述濾光模塊的輸入端分別連接所述定標(biāo)光纖，所述共振模塊的共振光信號輸出端和所述濾光模塊的輸出端合并于所述光纖合路器中，所述光纖合路器的輸出端連接所述WDM器件。
[0008]其中，所述共振模塊，包括激光器、波分復(fù)用器和傳導(dǎo)光纖，激光器通過傳導(dǎo)光纖連接波分復(fù)用器，波分復(fù)用器的一個輸出端口連接定標(biāo)光纖，波分復(fù)用器的另兩個輸出端口連接至光纖合路器。
[0009]進(jìn)一步，所述激光器采用1550nm超窄線寬激光光源，波分復(fù)用器(12)采用拉曼1*3WDM分光器，型號MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1 ;所述激光器發(fā)射波長為1550nm的光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器分成三束波長分別為:1450nm、1550nm和1663nm的光信號。
[0010]其中，濾光模塊，包括光纖分路器和兩個分別能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光柵，所述光纖分路器的輸入端口連接定標(biāo)光纖，所述光纖分路器的兩個輸出端口分別連接兩個透光光柵。
[0011]進(jìn)一步，所述光纖分路器采用路數(shù)可選的能量光纖分路器，兩個透光光柵分別能透射波長為1450nm和1663nm的光信號。
[0012]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:將共振原理應(yīng)用于分布式光纖測溫中，通過濾光模塊將反射光中的拉曼反射光分離出來，并通過共振光信號與拉曼反射光進(jìn)行共振，從而可增強(qiáng)拉曼反射光的光強(qiáng)，本實(shí)用新型不僅可有效的提高光信號的質(zhì)量，降低噪聲的干擾，還可利用增強(qiáng)的拉曼反射光獲得更高的檢測靈敏度，不必采用高精密器件做信號處理，降低了檢測成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是現(xiàn)有的分布式光纖測溫系統(tǒng)的傳感過程框圖
[0014]圖2本實(shí)用新型的原理框圖
[0015]圖3是本實(shí)用新型中共振模塊的原理框圖
[0016]圖4是本實(shí)用新型中濾光模塊的原理框圖
[0017]圖中:1_共振模塊,11-激光器,12-波分復(fù)用器,13-傳導(dǎo)光纖,2-濾光模塊，21-光纖分路器，22-透光光柵,3-光纖合路器,4-定標(biāo)光纖,5-WDM器件

【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)有的分布式光纖測溫系統(tǒng)的傳感過程如圖1所示:計算機(jī)控制同步脈沖發(fā)生器產(chǎn)生(PLD)具有一定重復(fù)頻率的脈沖，這個脈沖一方面調(diào)制脈沖激光器，使之產(chǎn)生一系列大功率光脈沖，另一方面向高速數(shù)據(jù)采集卡提供同步脈沖，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。光脈沖經(jīng)過波分復(fù)用器的一個端口進(jìn)入到傳感光纖，并在傳感光纖中各點(diǎn)處產(chǎn)生后向散射光，返回到波分復(fù)用器中。后向散射光通過波分復(fù)用器中的薄膜干涉濾光片分別濾出斯托克斯光和反斯托克斯光，經(jīng)波分復(fù)用器的另外兩個端口輸出，并分別進(jìn)入到光電檢測器(APD)和放大器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，將信號放大到數(shù)據(jù)采集卡能夠采集的范圍上。最后由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行存儲和處理，用于溫度的計算。
[0019]在機(jī)械振動中，當(dāng)某一頻率的振動接近物體的固有頻率時，會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，而共振現(xiàn)象也可用于光信號傳播領(lǐng)域，本實(shí)用新型利用它來增強(qiáng)待測光信號(即拉曼反射光)的強(qiáng)度。下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。
[0020]如圖2所示，一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)，包括:用于產(chǎn)生共振光信號和測試光信號的共振模塊1、用于將拉曼反射光從噪聲中分離出來的濾光模塊2、用于進(jìn)行光信號共振的光纖合路器3、用于獲取定標(biāo)溫度的定標(biāo)光纖4和用于傳輸增強(qiáng)后拉曼反射光的WDM器件5 ;所述共振模塊I的測試光信號輸出端和所述濾光模塊2的輸入端分別連接所述定標(biāo)光纖4，所述共振模塊I的共振光信號輸出端和所述濾光模塊2的輸出端合并于所述光纖合路器3中，所述光纖合路器3的輸出端連接所述WDM器件5。
[0021]共振模塊I的測試光信號輸出端輸出的光信號經(jīng)過定標(biāo)光纖4進(jìn)入傳感光纖，該光信號會在傳感光纖中發(fā)生各種多種反射，產(chǎn)生的多種反射光及噪聲會重新經(jīng)過定標(biāo)光纖4，并進(jìn)入與定標(biāo)光纖4相連接的濾光模塊2中，而濾光模塊2只允許拉曼反射光通過；同時，共振模塊I的共振光信號輸出端輸出兩束分別與拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光波長相同的共振光信號，兩束共振光信號與拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光在光纖合路器3中產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得拉曼反射光得以增強(qiáng)，最后增強(qiáng)的斯托克斯光和反斯托克斯光經(jīng)過WDM器件5的兩個端口輸出至數(shù)據(jù)處理裝置中，從而可獲得更準(zhǔn)確的分布式光纖測溫的數(shù)據(jù)。
[0022]具體地，光纖合路器3可選用上海光曦通信技術(shù)有限公司的能量光纖分路器/合路器，路數(shù)可選；WDM器件5采用1*3WDM分光器，可選用深圳市銘創(chuàng)光電有限公司的拉曼1X3WDM,型號 MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。
[0023]其中，圖3示出了共振模塊的一種實(shí)施方式:共振模塊I，包括激光器11、波分復(fù)用器12和傳導(dǎo)光纖13，激光器11通過傳導(dǎo)光纖13連接波分復(fù)用器12，波分復(fù)用器12的一個輸出端口連接圖1中的定標(biāo)光纖4，波分復(fù)用器12的另兩個輸出端口連接至圖1中的光纖合路器3。
[0024]激光器11用于發(fā)射光信號，其所發(fā)射的光信號經(jīng)過波分復(fù)用器12分成三束波長不同的光信號，其中一束為測試光信號，測試光信號通過波分復(fù)用器12的一個端口進(jìn)入定標(biāo)光纖4并傳輸至傳感光纖中，并在傳感光纖中發(fā)生拉曼發(fā)射，產(chǎn)生拉曼反射光；另兩束光信號的波長分別與拉曼反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光的波長相同，即為前述的共振光信號，兩束共振光信號通過波分復(fù)用器12的另兩個輸出端口進(jìn)入光纖合路器3，并在光纖合路器3中與拉曼反射光產(chǎn)生共振，共振后增強(qiáng)的拉曼反射光從光纖合路器的輸出端傳入圖1的WDM器件5中。
[0025]具體地，為了減少激光光源對測溫精度的影響，激光器11可選用北京佰特光通科技有限公司的1550nm超窄線寬激光光源，激光器11選擇發(fā)射波長為1550nm的光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器12分成三束波長分別為:1450nm、1550nm和1663nm的光信號，其中波分復(fù)用器12可選用深圳市銘創(chuàng)光電有限公司的拉曼1X3WDM，型號MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1，波分復(fù)用器12輸出的1450nm光信號與反斯托克斯光同波長,1663nm光信號與斯托克斯光同波長；而波分復(fù)用器12輸出的1550nm光信號作為測試光信號且傳輸至傳感光線中，并產(chǎn)生拉曼反射光:波長為1450nm的反斯托克斯光和波長為1663nm的斯托克斯光。拉曼反射光與波分復(fù)用器12輸出的兩束共振光信號產(chǎn)生共振，從而拉曼反射光的波長得以增大。
[0026]其中，圖4示出了濾光模塊2的一種實(shí)施方式:濾光模塊2，包括光纖分路器21和兩個分別能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光柵22，所述光纖分路器21的輸入端口連接圖1中的定標(biāo)光纖4，所述光纖分路器21的兩個輸出端口分別連接兩個透光光柵22。
[0027]光纖分路器接收到從定標(biāo)光纖4傳來的各種反射光，各種反射光經(jīng)過光纖分路器21分成兩路，兩路反射光分別通過兩個透射光柵22，其中只有斯托克斯光和反斯托克斯光可以通過透射光柵22,從而得以將拉曼反射光從眾多反射光和噪聲中分離出來。
[0028]具體地，光纖分路器21可選用上海光曦通信技術(shù)有限公司的能量光纖分路器/合路器，其路數(shù)可選，透光光柵22分別能透射波長為1450nm和1663nm的光信號，即與前文所述的共振模塊中的拉曼反射光相對應(yīng)。
[0029]本實(shí)用新型的工作原理是:共振模塊I中的激光器11發(fā)射波長為1550nm的光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器12分為三束波長分別為:1450nm、1550nm和1663nm的光信號，1550nm的測試光信號經(jīng)過定標(biāo)光纖4傳輸至傳感光纖中，并在傳感光纖中發(fā)生反射，產(chǎn)生的多種反射光，其中的拉曼反射光為1450nm的反斯托克斯光和1663nm的斯托克斯光,多種反射光共同返回至定標(biāo)光纖4并傳輸?shù)綖V光模塊2中，由于濾光模塊2中的透光光柵22只能透射1450nm和1663nm的光信號，因此透光光柵22將除拉曼反射光外的其它反射光及噪聲擋住，透射的斯托克斯光和反斯托克斯光與共振模塊I中波分復(fù)用器12輸出的兩束1450nm和1663nm的共振光信號的波長相同，拉曼反射光與共振光信號在光纖合路器3中發(fā)生共振，從而拉曼反射光的波長得以增大。
[0030]以上對本實(shí)用新型的一個實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于共振技術(shù)的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:包括用于產(chǎn)生共振光信號和測試光信號的共振模塊(I)、用于將拉曼反射光從噪聲中分離出來的濾光模塊(2)、用于進(jìn)行光信號共振的光纖合路器(3)、用于獲取定標(biāo)溫度的定標(biāo)光纖(4)和用于傳輸增強(qiáng)后拉曼反射光的WDM器件(5);所述共振模塊(I)的測試光信號輸出端和所述濾光模塊(2)的輸入端分別連接所述定標(biāo)光纖(4)，所述共振模塊(I)的共振光信號輸出端和所述濾光模塊(2)的輸出端合并于所述光纖合路器(3)中，所述光纖合路器(3)的輸出端連接所述WDM 器件(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:光纖合路器(3)采用路數(shù)可選的能量光纖合路器；WDM器件(5)采用拉曼1*3WDM分光器，型號MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:共振模塊(I)，包括激光器(11)、波分復(fù)用器(12)和傳導(dǎo)光纖(13)，激光器(11)通過傳導(dǎo)光纖(13)連接波分復(fù)用器(12)，波分復(fù)用器(12)的一個輸出端口連接定標(biāo)光纖(4)，波分復(fù)用器(12)的另兩個輸出端口連接至光纖合路器(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(11)采用1550nm超窄線寬激光光源；波分復(fù)用器(12)采用拉曼1*3WDM分光器，型號MC1X3WDM-1550-MM-2-2-1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:激光器(11)發(fā)射波長為1550nm的光信號，波分復(fù)用器(12)輸出三束波長分別為:1450nm、1550nm和1663nm的光信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:濾光模塊(2)，包括光纖分路器(21)和兩個分別能透射斯托克斯光和反斯托克斯光的透光光柵(22)，所述光纖分路器(21)的輸入端口連接定標(biāo)光纖(4)，所述光纖分路器(21)的兩個輸出端口分別連接兩個透光光柵(22)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖分路器(21)采用路數(shù)可選的能量光纖分路器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光信號檢測處理系統(tǒng)，其特征在于:兩個透光光柵(22)分別能透射波長為1450nm和1663nm的光信號。
【文檔編號】G01K11/32GK203929276SQ201420350981
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】孟慶坤 申請人:天津伽利聯(lián)科技有限公司