專利名稱：分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災(zāi)監(jiān)測器，尤其是分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器。
技術(shù)背景長期以來，國內(nèi)外在消防技術(shù)與工程領(lǐng)域主要使用線型感溫電纜作為線型 感溫火災(zāi)探測器，感溫電纜是一種兩芯及采用"開/關(guān)"式原理設(shè)計的電纜。當(dāng)內(nèi) 置的兩芯導(dǎo)線於預(yù)設(shè)的溫度時受熱溶解便會形成電線短路并報警。感溫電纜價 格相對低廉，但不能定位，也不能預(yù)報防災(zāi)現(xiàn)場溫度的變化過程。近年來發(fā)展起來的利用分布式光纖溫度傳感器和準(zhǔn)分布式的光纖溫度傳感 器(主要有光纖光柵型和光纖法珀型)作為線型火災(zāi)監(jiān)測感溫光纖的感溫火災(zāi) 探測器，它可以在線實(shí)時預(yù)報溫度的變化，可以在很大的溫度范圍設(shè)置報警溫 度，是本質(zhì)安全型的線型感溫火災(zāi)探測器，在電力工業(yè)、石化企業(yè)和土木工程 上已成功地應(yīng)用。分布式光纖溫度傳感器有兩種 一種是拉曼散射型，另一種 是布里淵散射型。光纖的拉曼散射很弱，現(xiàn)有國外中程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，釆用分立的波分復(fù)用器系統(tǒng)和1064nm光纖激光器，分立的波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 損耗大，隔離度低，成本高，可靠性差，而且1064nm波段的光纖損耗大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、信噪比好，可靠性好的分布 式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器。發(fā)明的分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，包括光脈沖激光器，集成型 光纖波分復(fù)用器，本征型感溫光纖，兩個光電雪崩二極管，數(shù)字信號處理器和 顯示器或報警器，集成型光纖波分復(fù)用器具有四個端口，其中的1550nm端口與 光脈沖激光器相連，公共端口與本征型感溫光纖相連，1450nm端口與第一光電 雪崩二極管相連，1660nm端口與第二光電雪崩二極管相連，第一光電雪崩二極 管的另一端和第二光電雪崩二極管的另一端分別與數(shù)字信號處理器相連，數(shù)字 信號處理器的信號輸出端連接顯示器或報警器。本發(fā)明中的光脈沖激光器采用中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，激 光脈沖寬度為18ns或8ns，峰值功率為20W，重復(fù)頻率為4kHz的光脈沖激光器。本發(fā)明中的本征型感溫光纖為62.5/125多模光纖，感溫光纖長度為100m 15km。
所說的集成型光纖波分復(fù)用器可由分立的光纖雙向耦合器、光纖平行光路、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光寬帶濾光片集成，具有1550nm，公共端， 1450nm和1660nm四個端口 。本征型感溫光纖鋪設(shè)在防災(zāi)現(xiàn)場，該光纖不帶電，抗電磁干擾，耐輻射， 耐腐蝕，既是傳輸介質(zhì)又是傳感介質(zhì)。光脈沖激光器發(fā)出激光脈沖通過集成型 光纖波分復(fù)用器射入本征型感溫光纖，在本征型感溫光纖上產(chǎn)生的背向斯托克 斯和反斯托克斯拉曼光子波經(jīng)集成型光纖波分復(fù)用器分朿，分別經(jīng)兩個光電雪 崩二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號并放大，由兩者的強(qiáng)度比，得到光纖各段的溫度信息，給出本征型感溫光纖上各感溫探測點(diǎn)的溫度，溫度變化速度和方向，利用光 時域反射對感溫光纖上拉曼光子感溫火災(zāi)探測點(diǎn)定位(光纖雷達(dá)定位)。通過數(shù) 字信號處理器解調(diào)，經(jīng)過溫度定標(biāo)，在30秒內(nèi)得到本征型感溫光纖上拉曼光子 感溫火災(zāi)探測點(diǎn)各空域處的溫度變化量，測溫精度士1。C，在0。C-300。C范圍內(nèi)進(jìn) 行火災(zāi)在線監(jiān)測預(yù)報，由顯示器顯示或通過通訊接口、通訊協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò) 傳輸，當(dāng)感溫光纖上的拉曼光子感溫火災(zāi)探測點(diǎn)所在空域溫度達(dá)到設(shè)定的火災(zāi) 報警溫度時，向火災(zāi)報警控制器發(fā)出火災(zāi)報警信號。 分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器的測溫原理光纖脈沖激光器發(fā)出激光脈沖通過集成型光纖波分復(fù)用器射入本征型感溫 光纖，激光與光纖分子的非線性相互作用，入射光子被一個分子散射成另一個 低頻斯托克斯光子或高頻反斯托克斯光子，相應(yīng)的分子完成兩個振動態(tài)之間的 躍遷，放出一個聲子稱為斯托克斯拉曼散射光子，吸收一個聲子稱為反斯托克 斯拉曼散射光子，光纖分子的聲子頻率為13.2THz。光纖分子能級上的粒子數(shù)熱 分布服從波爾茲曼(Boltzmann)定律，反斯托克斯拉曼散射光與斯托克斯拉曼 散射光的強(qiáng)度比及其中v。s ， vs分別是反斯托克斯拉曼散射光子與斯托克斯拉曼散射光子的 頻率，h是波朗克(Planck)常數(shù)，Avr是一光纖分子的聲子頻率為13.2THz， k 是波爾茲曼常數(shù)，T是凱爾文(Kelvin)絕對溫度。由兩者的強(qiáng)度比，得到光纖 各段的溫度信息。拉曼散射光子的溫度靈敏度，由(1)式得到在室溫T=293K，得到分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器的測溫度靈敏度<formula>formula see original document page 4</formula>
約為0.80%/K。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用集成型波分復(fù)用器，提高了分布式光纖拉曼光子溫度傳感器系 統(tǒng)的信噪比，可靠性和空間分辨率，降低了成本；本發(fā)明選用1550nm低光纖損 耗的通信波段，有別于國外的中程分布式光纖溫度傳感器，在性價比上優(yōu)于感 溫電纜和其它感溫光纖火災(zāi)探測器。鋪設(shè)在防災(zāi)現(xiàn)場的感溫光纖是絕緣的，不 帶電的，抗電磁干擾，耐輻射，耐腐蝕的，是本質(zhì)安全型的，光纖既是傳輸介 質(zhì)又是傳感介質(zhì)，是本征型的感溫光纖，并具有50年以上的長壽命。本發(fā)明適 用于中、短程100米-15公里感溫火災(zāi)探測。


圖1是分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1,分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器包括光脈沖激光器10，集 成型光纖波分復(fù)用器ll，本征型感溫光纖12，兩個光電雪崩二極管13、 14，數(shù) 字信號處理器15和顯示器或報警器16，集成型光纖波分復(fù)用器11具有四個端 口，其中的1550nm端口與光脈沖激光器IO相連，公共端口與本征型感溫光纖 12相連，1450nm端口與第一光電雪崩二極管13相連，1660nm端口與第二光電 雪崩二極管14相連，第一光電雪崩二極管13的另一端和第二光電雪崩二極管 14的另一端分別與數(shù)字信號處理器15相連，數(shù)字信號處理器15的信號輸出端 連接顯示器或報警器16。鋪設(shè)在防災(zāi)現(xiàn)場的本征型感溫光纖為15公里長的62.5/125多模光纖，光脈 沖激光器采用中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，激光脈沖寬度為18ns， 峰值功率為20W,重復(fù)頻率為4kHz的光脈沖激光器，這時，15公里長的62.5/125 多模光纖，感溫長度為3米，具有5000個感溫探測點(diǎn)。如果光脈沖激光器采用 中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm,激光脈沖寬度為8ns，峰值功率為20W， 重復(fù)頻率為4kHz的光脈沖激光器，則15公里長的62.5/125多模光纖，感溫長 度為1米，具有15000個感溫探測點(diǎn)。數(shù)字信號處理器釆用通用的信號處理卡，插在計算機(jī)內(nèi)。數(shù)字信號處理器 可采用美國NI公司的雙通道lOOMHz帶寬，100MS/s釆集率的NI5911型信號 處理卡，或采用加拿大GaGe公司雙通道，500MS/s采集率的CS21GB-lGHz型 信號處理卡。
權(quán)利要求
1. 分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，其特征是包括光脈沖激光器(10)，集成型光纖波分復(fù)用器(11)，本征型感溫光纖(12)，兩個光電雪崩二極管(13)、(14)，數(shù)字信號處理器(15)和顯示器或報警器(16)，集成型光纖波分復(fù)用器(11)具有四個端口，其中的1550nm端口與光脈沖激光器(10)相連，公共端口與本征型感溫光纖(12)相連，1450nm端口與第一光電雪崩二極管(13)相連，1660nm端口與第二光電雪崩二極管(14)相連，第一光電雪崩二極管(13)的另一端和第二光電雪崩二極管(14)的另一端分別與數(shù)字信號處理器(15)相連，數(shù)字信號處理器(15)的信號輸出端連接顯示器或報警器(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，其特征是光 脈沖激光器(10)的中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，激光脈沖寬度為 18ns或8ns，峰值功率為20W，重復(fù)頻率為4kHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，其特征是 本征型感溫光纖(12)為62.5/125多模光纖，感溫光纖(12)長度為100m 15km。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，其特征是 集成型光纖波分復(fù)用器(11),由分立的光纖雙向耦合器、光纖平行光路、斯托 克斯和反斯托克斯拉曼散射光寬帶濾光片集成。
全文摘要
本發(fā)明公開了分布式光纖拉曼光子感溫火災(zāi)探測器，它是基于集成型光纖波分復(fù)用技術(shù)，利用光纖反斯托克斯拉曼光子強(qiáng)度受光纖溫度調(diào)制原理和光時域反射原理制成的火災(zāi)探測器，包括光脈沖激光器，集成型光纖波分復(fù)用器，本征型感溫光纖，兩個光電雪崩二極管，數(shù)字信號處理器和顯示器或報警器。鋪設(shè)在防災(zāi)現(xiàn)場的本征型感溫光纖不帶電，抗電磁干擾，耐輻射，耐腐蝕，既是傳輸介質(zhì)又是傳感介質(zhì)。該火災(zāi)探測器成本低、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、信噪比好，可靠性好，適用于中、短程100米-15公里感溫火災(zāi)探測。
文檔編號G08B17/06GK101393677SQ20081012019
公開日2009年3月25日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者張在宣, 張淑琴 申請人:中國計量學(xué)院