專利名稱：一種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的復(fù)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種強(qiáng)度調(diào)制型光 纖傳感器的復(fù)用方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前常用的強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的復(fù)用技術(shù)主要是以光纖的 背向散射光或前向散射光損耗時域檢測技術(shù)為基礎(chǔ)的光時域分布式
檢測法。時域分布式的典型代表是基于光時域反射儀(OTDR)的傳感器 復(fù)用監(jiān)測和基于布里淵光時域反射儀(BOTDR)的復(fù)用方法?；诠鈺r 域反射儀(0TDR)的傳感器在使用時始終有一段盲區(qū)，從光纖兩端測出 的衰減值有差別，且能夠達(dá)到的分辨率不夠高。而基于布里淵光時域 反射儀(B0TDR)的傳感器由于布里淵頻移很小，且其線寬很窄，這就要 求激光器具有極高的頻率穩(wěn)定性和極窄的(約kHz)可調(diào)線寬，對光濾 波器也有極高的要求。因此該系統(tǒng)在制造和使用上既復(fù)雜又昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種強(qiáng)度調(diào)制型光 纖傳感器復(fù)用的方法，同時提供了實(shí)現(xiàn)該方法的技術(shù)。該方法對光源 性能要求低，抗干擾能力強(qiáng)，測量分辨率高，不存在類似OTDR系統(tǒng) 的盲區(qū)。
本發(fā)明的技術(shù)方案
(l)選用波長范圍覆蓋光纖光柵反射譜的光源；入射光經(jīng)過隔離器 進(jìn)入可調(diào)諧F-P濾波器；入射光經(jīng)過可調(diào)諧F-P濾波器濾波后，進(jìn)入 耦合器(4)，并被分成等光強(qiáng)的兩束光，其中的一束被光電探測器接 收并送至信號采集處理系統(tǒng)上，得到原始光源的光譜形狀；另一束光
經(jīng)過另一耦合器(5)后又分成兩束等光強(qiáng)的光，這兩束光也分別經(jīng)過 耦合器(IO、 ll)進(jìn)入兩個傳感器組通道；
(2) 光纖光柵將位于光纖光柵中心波長;^;^……;^/1 2處的光反 射回耦合器，反射光被光電探測器接收后傳送至信號采集處理系統(tǒng)
上，得到信號光譜；
(3) 信號光譜與原始光譜相除，去除掉光譜輪廓不均勻?qū)y量的影
響，得到光譜在波長n……1/1 2處的損耗，而通過測量4與4， /l^與&2……AM1與義 2之間的損耗差，即得到各對應(yīng)光纖傳感器所在 位置的損耗。
在每個傳感器組中，有兩個波長相鄰的光纖光柵和一個強(qiáng)度調(diào)制 型光纖傳感器，每個傳感器組中的光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度調(diào)制型傳 感器的兩端。進(jìn)入傳感器組通道的光經(jīng)過反射后獲得分立的光譜，波 長分別為;^;^……/^/1 2。其中在同一個傳感器組中的兩個光纖光柵 波長不相同，其中一個波長的光(如凡,)直接被光纖光柵反射，而另
一個波長(如A^)則經(jīng)過了傳感器后才被光纖光柵反射，因此波長/^
攜帶了傳感器的強(qiáng)度調(diào)制信息，而^則是作為一個對比波長。由于 光源光譜并不是均勻的，因此需要將采集到的;iH;^信號光譜與原有 的光源光譜相除，去除掉光源光譜不平坦的影響，而^^;^之間的損 耗差就是其對應(yīng)傳感器所在位置的損耗。同樣的，波長為 斗;i^……;^義^也可以通過以上方法處理，獲得對應(yīng)傳感器的損耗。 并且，不同的傳感器組之間不會有干擾，因?yàn)閭鞲衅鞯膿p耗變化僅僅 與其兩端的光纖光柵反射回的光強(qiáng)對比有關(guān)，而與其他傳感器組的狀 態(tài)無關(guān)。所以這種方法可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的獨(dú)立分布式測 量，而且對外界的溫度，濕度等因素有很強(qiáng)的抗干擾性。 實(shí)現(xiàn)上述方案的設(shè)備為寬帶光源i經(jīng)過隔離器2后與可調(diào)諧f-p
濾波器3的輸入端相連，可調(diào)諧f-p濾波器3的輸出端與光纖耦合器 4的一端光信號連接，光纖耦合器4的另一輸出端分別與光電探測器 6和另一個光纖耦合器5相連。光電探測器6的輸出端連接到信號采 集處理系統(tǒng)9上。光纖耦合器5的兩個輸出端分別與光纖耦合器10、
ll的輸入端相連。光纖耦合器IO、 ll另一路輸入端經(jīng)過光電探測器 7、 8連接到信號采集處理系統(tǒng)9上。耦合器分別串聯(lián)多個傳感器組。 每個傳感器組里包括兩個波長接近但不相同的光纖光柵，以及一個強(qiáng) 度調(diào)制型傳感器，其中光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的兩
一山
順°
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明主要用于多個強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的復(fù)用和多路復(fù)用。 由于光纖光柵波長穩(wěn)定，利用這種兩個不同波長之間的損耗對比的測 量方法，在實(shí)現(xiàn)復(fù)用的同時，可以達(dá)到很高的精度和分辨率。而且對 外界的溫度，濕度等因素有很強(qiáng)的抗干擾性。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中l(wèi)一寬帶光源2—隔離
器3—可調(diào)諧F-P濾波器4一光纖耦合器5—光纖耦合器6— 光電探測器7、 8—光電探測器9一信號采集處理系統(tǒng)10、 ll一 光纖耦合器12、 14一光纖光柵13—強(qiáng)度調(diào)制型傳感器； 圖2為光源發(fā)出的光譜示意圖； 圖3為以一組傳感器為例，原始光源掃描光譜圖； 圖4為以一組傳感器為例，強(qiáng)度調(diào)制型傳感器無損耗時的光譜 (歸一化光譜)；
圖5為以一組傳感器為例，強(qiáng)度調(diào)制型傳感器有損耗時的光譜。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，以一組傳感器組為例，寬帶光源1 (如ASE光源)經(jīng) 過隔離器2進(jìn)入可調(diào)諧F-P濾波器3。經(jīng)過濾波器濾波后，輸出的光 連接到光纖耦合器4的輸入端，光纖耦合器4的輸出端分別連接光電 探測器6和光纖耦合器5。光電探測器6的輸出端連接到信號采集處 理系統(tǒng)9上。光纖耦合器5的兩個輸出端分別與光纖耦合器10、 11 的輸入端相連。光纖耦合器IO、 11另一路輸入端經(jīng)過光電探測器7、
8連接到信號采集處理系統(tǒng)9上。耦合器10、 11的輸出端與傳感器 組連接。傳感器組里包括兩個中心波長接近但不相同的光纖光柵12 與14，以及一個強(qiáng)度調(diào)制型傳感器13，光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度調(diào) 制型傳感器的兩端。將上述傳感器組放置在待測環(huán)境中，其他部分可 以放置在外部的監(jiān)測中心。
選用波長范圍覆蓋光纖光柵反射譜的ASE光源1，原光譜形狀如 圖2所示；通過濾波器3后，變成波長掃描式光譜，如圖3所示。此 光信號進(jìn)入傳感器組后，被不同中心波長的光纖光柵反射。傳感器組 反射回來的反射信號包括兩個不同波長的光信號，其中放置在傳感頭 前的光柵反射的信號作為參考信號，放置在傳感頭后的光柵反射的信 號則攜帶了傳感信息。這兩個不同波長的光信號經(jīng)過探測器接收后， 與光電探測器6接收到的原始信號相除，歸一化。如果傳感頭無損耗， 則歸一化后兩波長處的功率變化應(yīng)該相同，如圖4所示；若傳感頭處 有損耗，則歸一化后兩波長的功率變化會有一差值，而這差值就是傳 感頭處所產(chǎn)生的損耗，如圖5所示。通過觀察傳感頭損耗的變化就可 以對其所處的環(huán)境物理量的變化進(jìn)行監(jiān)測。
由于傳感器組中兩個光柵位置放置的不同，導(dǎo)致反射回的光信號 一個沒有攜帶傳感頭的損耗信息，而另一個則反映了傳感頭處的損耗 情況。因此可以將沒有攜帶傳感頭的損耗信息的信號作為參考信號， 而另一個作為傳感信號。另外，由于原始光源的不穩(wěn)定性，需要將兩 個信號進(jìn)行歸一化，歸一化后的兩個反射譜之間的損耗差才是真正反 映了傳感頭處所產(chǎn)生的損耗。
由圖l可以看出，采用這種結(jié)構(gòu)，傳感器組之間不會存在互相干 擾的問題，而且對外界其他因素對光柵的影響，如溫度，濕度，振動 等等，都有很強(qiáng)的抗干擾性。所以，此方法能
實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的大規(guī)模復(fù)用以及分布式測量，且具有傳 感精度高，制作復(fù)雜度低，信號解調(diào)簡單等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的復(fù)用方法，其特征在于該方法包含以下步驟(1)選用波長范圍覆蓋光纖光柵反射譜的光源；入射光經(jīng)過隔離器進(jìn)入可調(diào)諧F-P濾波器；入射光經(jīng)過可調(diào)諧F-P濾波器濾波后，進(jìn)入耦合器(4)，并被分成等光強(qiáng)的兩束光，其中的一束被光電探測器接收并送至信號采集處理系統(tǒng)上，得到原始光源的光譜形狀；另一束光經(jīng)過另一耦合器(5)后又分成兩束等光強(qiáng)的光，這兩束光也分別經(jīng)過耦合器(10、11)進(jìn)入兩個傳感器組通道；(2)光纖光柵將位于光纖光柵中心波長λ11λ12……λn1λn2處的光反射回耦合器，反射光被光電探測器接收后傳送至信號采集處理系統(tǒng)上，得到信號光譜；(3)信號光譜與原始光譜相除，得到光譜在波長λ11λ12……λn1λn2處的損耗，而通過測量λ11與λ12，λ21與λ22……λn1與λn2之間的損耗差，即得到各對應(yīng)光纖傳感器所在位置的損耗；在每個傳感器組中，有兩個波長相鄰的光纖光柵和一個強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器，每個傳感器組中的光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的兩端；進(jìn)入傳感器組通道的光經(jīng)過反射后獲得分立的光譜，波長分別為λ11λ12……λn1λn2；其中在同一個傳感器組中的兩個光纖光柵波長不相同，其中一個波長的光(如λ11)直接被光纖光柵反射，而另一個波長(如λ12)則經(jīng)過了傳感器后才被光纖光柵反射，因此波長λ12攜帶了傳感器的強(qiáng)度調(diào)制信息，而λ11則是作為一個對比波長；由于光源光譜并不是均勻的，因此需要將采集到的λ11λ12信號光譜與原有的光源光譜相除，去除掉光源光譜不平坦的影響，而λ11λ12之間的損耗差就是其對應(yīng)傳感器所在位置的損耗；同樣的，波長為λ21λ22……λn1λn2也可以通過以上方法處理，獲得對應(yīng)傳感器的損耗；并且，不同的傳感器組之間不會有干擾，因?yàn)閭鞲衅鞯膿p耗變化僅僅與其兩端的光纖光柵反射回的光強(qiáng)對比有關(guān)，而與其他傳感器組的狀態(tài)無關(guān)；所以這種方法可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制型傳感器的獨(dú)立分布式測量，而且對外界的溫度，濕度等因素有很強(qiáng)的抗干擾性。
2. 采用權(quán)利要求1方法所使用的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備中 寬帶光源(1)接光隔離器(2)的輸入端口 ，光隔離器(2)的輸出通過可調(diào)諧法珀濾波器(3)濾波接光纖耦合器(4)的輸入端口 ，光纖耦合器(4)的一路輸出經(jīng)過光電探測器(6)連接到信號采集處理系統(tǒng)(9)上；光纖 耦合器(4)另一路輸出則接至光纖耦合器(5)的輸入端口；光纖耦合器 (5)的兩個輸出端分別與光纖耦合器(10， ll)的輸入端相連；光纖耦合 器(IO， 11)另一路輸入端經(jīng)過光電探測器(7、 8)連接到信號采集處理 系統(tǒng)(9)上；耦合器(10，11)分別串聯(lián)多個傳感器組；每一個傳感器組里包括兩個波長不相同的光纖光柵，以及一個強(qiáng)度調(diào)制型傳感器，其 中兩個光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度傳感器的兩端。
3. 采用權(quán)利要求1方法所使用的設(shè)備，其特征在于同一個傳感器通道上的光纖光柵有不同的波長。
4. 采用權(quán)利要求1方法所述的光纖傳感器，其特征在于所述 的光纖傳感器是一種利用被測對象的變化引起敏感元件的損耗折射 率、吸收或反射等參數(shù)的變化，而導(dǎo)致光強(qiáng)度變化來實(shí)現(xiàn)敏感測量的 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的復(fù)用方法。寬帶光源(1)經(jīng)可調(diào)諧法珀濾波器(3)后變成波長掃描光，經(jīng)耦合器4分光后一路進(jìn)入傳感器陣列，反射光由探測器(7，8)探測，另一路作為參考光由探測器6探測。每一個傳感器組包括兩個波長不相同的光纖光柵(12，14)，以及一個強(qiáng)度調(diào)制型傳感器(13)，兩個光纖光柵分別串聯(lián)在強(qiáng)度傳感器的兩端。通過參考通道(6)去除光源不平坦的影響，通過測量兩個光纖光柵反射率比值的變化，測量出強(qiáng)度傳感器(13)的光強(qiáng)度的變化，通過不同波長的光纖光柵來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度傳感器的復(fù)用。本發(fā)明能進(jìn)一步通過增加耦合器的數(shù)量實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器的大規(guī)模復(fù)用與組陣。
文檔編號G01D5/26GK101169334SQ20071017783
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者張佛健, 毅 江 申請人:北京理工大學(xué)