一種分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器的製作方法

2023-05-31 04:43:06

專利名稱：一種分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及火災監測器，尤其是分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器。
背景技術：
長期以來，國內外在消防技術與工程領域主要使用線型感溫電纜作為線型 感溫火災探測器，感溫電纜是一種兩芯及採用"開/關"式原理設計的電纜。當內 置的兩芯導線於預設的溫度時受熱溶解便會形成電線短路並報警。感溫電纜價 格相對低廉，但不能定位，也不能預報防災現場溫度的變化過程。
近年來發展起來的利用分布式光纖溫度傳感器和準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)作為線型火災監測感溫光纖的感溫火災 探測器，它可以在線實時預報溫度的變化，可以在很大的溫度範圍設置報警溫 度，是本質安全型的線型感溫火災探測器，在電力工業、石化企業和土木工程 上已成功地應用。分布式光纖溫度傳感器有兩種 一種是拉曼散射型，另一種 是布裡淵散射型。
光纖的拉曼散射很弱，現有國外中程分布式光纖拉曼光子溫度傳感器，釆 用分立的波分復用器系統和1064nm光纖雷射器，分立的波分復用器結構複雜， 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。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種成本低、結構簡單、信噪比好，可靠性好的 分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器。
發明的分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，包括光脈衝雷射器，集成型 光纖波分復用器，本徵型感溫光纖，兩個光電雪崩二極體，數位訊號處理器和 顯示器或報警器，集成型光纖波分復用器具有四個埠，其中的1550nm埠與 光脈衝雷射器相連，公共埠與本徵型感溫光纖相連，1450nm埠與第一光電 雪崩二極體相連，1660nm埠與第二光電雪崩二極體相連，第一光電雪崩二極 管的另一端和第二光電雪崩二極體的另一端分別與數位訊號處理器相連，數字 信號處理器的信號輸出端連接顯示器或報警器。
本實用新型中的光脈衝雷射器採用中心波長為1550nm,光譜寬度為O.lnm， 雷射脈衝寬度為18ns或8ns，峰值功率為20W，重複頻率為4kHz的光脈衝雷射 器。
本實用新型中的本徵型感溫光纖為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用器可由分立的光纖雙向耦合器、光纖平行光路、 斯託克斯和反斯託克斯拉曼散射光寬帶濾光片集成，具有1550nm，公共端， 1450nm和1660nm四個埠。
本徵型感溫光纖鋪設在防災現場，該光纖不帶電，抗電磁幹擾，耐輻射， 耐腐蝕，既是傳輸介質又是傳感介質。光脈衝雷射器發出雷射脈衝通過集成型 光纖波分復用器射入本徵型感溫光纖，在本徵型感溫光纖上產生的背向斯託克 斯和反斯託克斯拉曼光子波經集成型光纖波分復用器分朿，分別經兩個光電雪 崩二極體轉換成模擬電信號並放大，由兩者的強度比，得到光纖各段的溫度信 息，給出本徵型感溫光纖上各感溫探測點的溫度，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探測點定位(光纖雷達定位)。通過數 字信號處理器解調，經過溫度定標，在30秒內得到本徵型感溫光纖上拉曼光子 感溫火災探測點各空域處的溫度變化量，測溫精度士1。C，在0。C-300。C範圍內進 行火災在線監測預報，由顯示器顯示或通過通訊接口、通訊協議進行遠程網絡 傳輸，當感溫光纖上的拉曼光子感溫火災探測點所在空域溫度達到設定的火災 報警溫度時，向火災報警控制器發出火災報警信號。
分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器的測溫原理
光纖脈衝雷射器發出雷射脈衝通過集成型光纖波分復用器射入本徵型感溫 光纖，雷射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 低頻斯託克斯光子或高頻反斯託克斯光子，相應的分子完成兩個振動態之間的 躍遷，放出一個聲子稱為斯託克斯拉曼散射光子，吸收一個聲子稱為反斯託克 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熱 分布服從波爾茲曼(Boltzmann)定律，反斯託克斯拉曼散射光與斯託克斯拉曼 散射光的強度比i
球):
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其中、，V,分別是反斯託克斯拉曼散射光子與斯託克斯拉曼散射光子的
頻率，h是波朗克(Planck)常數，A、是一光纖分子的聲子頻率為13.2THz， k 是波爾茲曼常數，T是凱爾文(Kelvin)絕對溫度。由兩者的強度比，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
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在室溫T=293K，得到分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器的測溫度靈敏度約為0.80%/K。
本實用新型的有益效果在於
本實用新型採用集成型波分復用器，提高了分布式光纖拉曼光子溫度傳感
器系統的信噪比，可靠性和空間解析度，降低了成本；本實用新型選用1550nm 低光纖損耗的通信波段，有別於國外的中程分布式光纖溫度傳感器，在性價比 上優於感溫電纜和其它感溫光纖火災探測器。鋪設在防災現場的感溫光纖是絕 緣的，不帶電的，抗電磁幹擾，耐輻射，耐腐蝕的，是本質安全型的，光纖既 是傳輸介質又是傳感介質，是本徵型的感溫光纖，並具有50年以上的長壽命。 本實用新型適用於中、短程100米-15公裡感溫火災探測。

圖1是分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器的示意圖。
具體實施方式

參照圖1,分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器包括光脈衝雷射器10，集 成型光纖波分復用器ll，本徵型感溫光纖12，兩個光電雪崩二極體13、 14，數 字信號處理器15和顯示器或報警器16，集成型光纖波分復用器11具有四個端 口，其中的1550nm埠與光脈衝雷射器10相連，公共埠與本徵型感溫光纖 12相連，1450nm埠與第一光電雪崩二極體13相連，1660nm埠與第二光電 雪崩二極體14相連，第一光電雪崩二極體13的另一端和第二光電雪崩二極體 14的另一端分別與數位訊號處理器15相連，數位訊號處理器15的信號輸出端 連接顯示器或報警器16。
鋪設在防災現場的本徵型感溫光纖為15公裡長的62.5/125多模光纖，光脈 衝激光器採用中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，雷射脈衝寬度為18ns， 峰值功率為20W，重複頻率為4kHz的光脈衝雷射器，這時，15公裡長的62.5/125 多模光纖，感溫長度為3米，具有5000個感溫探測點。如果光脈衝雷射器採用 中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，雷射脈衝寬度為8ns，峰值功率為20W， 重複頻率為4kHz的光脈衝雷射器，則15公裡長的62.5/125多模光纖，感溫長 度為1米，具有15000個感溫探測點。
數位訊號處理器釆用通用的信號處理卡，插在計算機內。數位訊號處理器 可採用美國NI公司的雙通道lOOMHz帶寬，100MS/s釆集率的NI5911型信號 處理卡，或採用加拿大GaGe公司雙通道，500MS/s採集率的CS21GB-lGHz型 信號處理卡。
權利要求1. 一種分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，其特徵是包括光脈衝雷射器(10)，集成型光纖波分復用器(11)，本徵型感溫光纖(12)，兩個光電雪崩二極體(13)、(14)，數位訊號處理器(15)和顯示器或報警器(16)，集成型光纖波分復用器(11)具有四個埠，其中的1550nm埠與光脈衝雷射器(10)相連，公共埠與本徵型感溫光纖(12)相連，1450nm埠與第一光電雪崩二極體(13)相連，1660nm埠與第二光電雪崩二極體(14)相連，第一光電雪崩二極體(13)的另一端和第二光電雪崩二極體(14)的另一端分別與數位訊號處理器(15)相連，數位訊號處理器(15)的信號輸出端連接顯示器或報警器(16)。
2.根據權利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，其特徵是光 脈衝雷射器(10)的中心波長為1550nm，光譜寬度為O.lnm，雷射脈衝寬度為 18ns或8ns，峰值功率為20W，重複頻率為4kHz。
3. 根據權利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，其特徵是 本徵型感溫光纖(12)為62.5/125多模光纖，感溫光纖(12)長度為100m 15km。
4. 根據權利要求1所述的分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，其特徵是 集成型光纖波分復用器(11),由分立的光纖雙向耦合器、光纖平行光路、斯託 克斯和反斯託克斯拉曼散射光寬帶濾光片集成。
專利摘要本實用新型公開了分布式光纖拉曼光子感溫火災探測器，它是基於集成型光纖波分復用技術，利用光纖反斯託克斯拉曼光子強度受光纖溫度調製原理和光時域反射原理製成的火災探測器，包括光脈衝雷射器，集成型光纖波分復用器，本徵型感溫光纖，兩個光電雪崩二極體，數位訊號處理器和顯示器或報警器。鋪設在防災現場的本徵型感溫光纖不帶電，抗電磁幹擾，耐輻射，耐腐蝕，既是傳輸介質又是傳感介質。該火災探測器成本低、壽命長、結構簡單、信噪比好，可靠性好，適用於中、短程100米-15公裡感溫火災探測。
文檔編號G08B17/06GK201266419SQ20082012222
公開日2009年7月1日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者張在宣, 張淑琴 申請人:中國計量學院