專利名稱：一種融合光纖布拉格光柵傳感器和拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖布拉格光柵(FBG)傳感系統(tǒng)與 拉曼傳感器融合的傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖布拉格光柵(FBG)是一種能反射特定波長(zhǎng)的光纖濾波器，它的中心波長(zhǎng)會(huì)隨 外界環(huán)境的溫度、應(yīng)力、壓力等參量的變化而變化。根據(jù)這一原理，可以通過(guò)測(cè)量FBG波長(zhǎng) 的變化來(lái)測(cè)量外界環(huán)境物理量的變化。由于FBG具有成本低，加工簡(jiǎn)單，體積小等諸多優(yōu) 點(diǎn)，目前成為光纖傳感器中應(yīng)用最廣泛的傳感器。單個(gè)FBG的工作線寬很窄，并且每次只能測(cè)量一個(gè)參量，如果需要多參量測(cè)量，就 需要多個(gè)FBG，這嚴(yán)重影響FBG的容量。因此如何提高FBG的容量，使得溫度和其他參量能 同時(shí)測(cè)量是一個(gè)急待解決又懸而未決的難題。光纖的拉曼散射效應(yīng)是光纖本身固有的一種特性，光纖的散射效應(yīng)早就被人們所 認(rèn)識(shí)，隨著對(duì)其研究的不斷深入，其應(yīng)用前景越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。利用拉曼散射效應(yīng)研 制的分布式光纖傳感器，使用壽命長(zhǎng)，光纖損耗小，且容易加工和敷設(shè)。基于以上分析，如果能把上述兩者融合起來(lái)，這將大大的解決FBG傳感器溫度和 其他參量同時(shí)測(cè)量問(wèn)題，可以在工程中實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是如何提供一種融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器 的傳感系統(tǒng)，該傳感系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)溫度和其他參量同時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的提供一種融合光纖布拉格光柵傳感與拉 曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征在于①包括光源1、環(huán)形器2、若干光纖布拉格光柵3、波分復(fù)用器4、耦合器5、斜坡濾波 器6、第一光電探測(cè)器7、第二光電探測(cè)器8、第三光電探測(cè)器9、第四光電探測(cè)器10、第一除 法器11、第二除法器12和傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊13 ；②信號(hào)經(jīng)光源1進(jìn)入環(huán)形器2，環(huán)形器2連接若干光纖布拉格光柵3和波分復(fù)用器 4，所述波分復(fù)用器4將信號(hào)分為三路第一路進(jìn)入耦合器5又被分為兩束，一束與斜坡濾波 器6和第三光電探測(cè)器9相連，另一束直接進(jìn)入第一光電探測(cè)器7，這兩束信號(hào)都經(jīng)過(guò)第一 除法器11相除，再與傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊13連接；第二路經(jīng)過(guò)第二光電探測(cè)器8和第二 除法器12后進(jìn)入傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊13 ；第三路經(jīng)過(guò)第四光電探測(cè)器10和第二除法器 12后也進(jìn)入傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊13。按照本發(fā)明所提供的融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征 在于，波分復(fù)用器(4)的三個(gè)通道的工作波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)所用光纖布拉格光柵(3)的中 心波長(zhǎng)減13THZ、光纖布拉格光柵(3)中心波長(zhǎng)、光纖布拉格光柵(3)中心波長(zhǎng)加13THZ。按照本發(fā)明所提供的融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征在于所述斜坡濾波器6的斜坡波長(zhǎng)范圍覆蓋光纖布拉格光柵3的中心波長(zhǎng)變化范圍。本發(fā)明的工作原理為激光光源經(jīng)過(guò)調(diào)制后，經(jīng)過(guò)環(huán)形器2送入到傳感光纖，F(xiàn)BG 反射的中心波長(zhǎng)隨外界溫度或應(yīng)力等變化而變化，可以實(shí)現(xiàn)傳感，同時(shí)經(jīng)過(guò)傳感光纖的激 光脈沖光會(huì)不斷產(chǎn)生背向拉曼散射光波(即分別為Anti_Stokes和Stokes光)，Anti_ Stokes光的的強(qiáng)弱隨所在光纖散射點(diǎn)溫度等參量的變化而變化，可以實(shí)現(xiàn)傳感。
從FBG反射回來(lái)的傳感信號(hào)和后向拉曼散射光波被波分復(fù)用器分成三路分別處 理，一路進(jìn)入1 X 2耦合器，另兩路直接連接光電探測(cè)器，這兩路信號(hào)通過(guò)除法器相除，然 后通過(guò)傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊處理后，通過(guò)分析時(shí)域反射波形，利用OTDR(Optical Time Domain RefIectometer光時(shí)域反射計(jì))原理，可得出后向拉曼散射光波光強(qiáng)變化發(fā)生的地 點(diǎn)，分析除法器的結(jié)果，得出光強(qiáng)變化后的大小。進(jìn)入1X2耦合器的那一路信號(hào)的又被耦 合器分為兩路，一路與斜坡濾波器和光電探測(cè)器相連，另一路直接連接光電探測(cè)器，這兩路 信號(hào)同樣通過(guò)除法器相除，再與傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊處理后，可得出FBG波長(zhǎng)變化發(fā)生 的地點(diǎn)，分析除法器的結(jié)果，得出波長(zhǎng)變化后的大小，通過(guò)分析傳感信號(hào)處理模塊，分別算 出溫度和其它參量的值。本發(fā)明的有益效果只需簡(jiǎn)單的系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)溫度和其他多個(gè)參量同時(shí)測(cè)量，用 拉曼效應(yīng)測(cè)一組溫度參量，F(xiàn)BG測(cè)量其他參量，使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)更多，測(cè)量系統(tǒng)精度更高。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。其中，1、光源，2、環(huán)形器，3、若干光纖布拉格光柵，4、波分復(fù)用器，5、耦合器，6、斜 坡濾波器，7、第一光電探測(cè)器，8、第二光電探測(cè)器，9、第三光電探測(cè)器，10、第四光電探測(cè) 器，11、第一除法器，12、第二除法器，13、傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述如圖1所示，激光光源產(chǎn)生的脈沖光，經(jīng)過(guò)環(huán)形器送入到傳感光纖，進(jìn)入FBG (假設(shè) FBG波長(zhǎng)為1550nm，反射率> 90% )，從FBG反射回來(lái)的傳感信號(hào)和后向拉曼散射光波被波 分復(fù)用器(波分復(fù)用器的工作波長(zhǎng)為1450nm/1550nm/1665nm)分成三路分別處理，波長(zhǎng)為 1550nm的光進(jìn)入1X2耦合器，另兩路(波長(zhǎng)為1450nm/1665nm)直接連接光電探測(cè)器，這兩 路信號(hào)通過(guò)除法器相除，然后通過(guò)傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊處理后，通過(guò)分析時(shí)域反射波形， 利用OTDR(Optical Time Domain RefIectometer光時(shí)域反射計(jì))原理，可得出后向拉曼散 射光波光強(qiáng)變化發(fā)生的地點(diǎn)，分析除法器的結(jié)果，得出光強(qiáng)變化后的大小。進(jìn)入1X2耦合 器的那一路信號(hào)的又被耦合器分為兩路，一路與斜坡濾波器和光電探測(cè)器相連，另一路直 接連接光電探測(cè)器，這兩路信號(hào)同樣通過(guò)除法器相除，再與傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊處理后， 可得出FBG波長(zhǎng)變化發(fā)生的地點(diǎn)，分析除法器的結(jié)果，得出波長(zhǎng)變化后的大小，通過(guò)分析傳 感信號(hào)處理模塊，分別算出溫度和其它參量的值。
權(quán)利要求
一種融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征在于①包括光源(1)、環(huán)形器(2)、若干光纖布拉格光柵(3)、波分復(fù)用器(4)、耦合器(5)、斜坡濾波器(6)、第一光電探測(cè)器(7)、第二光電探測(cè)器(8)、第三光電探測(cè)器(9)、第四光電探測(cè)器(10)、第一除法器(11)、第二除法器(12)和傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊(13)；②信號(hào)經(jīng)光源(1)進(jìn)入環(huán)形器(2)，環(huán)形器(2)連接若干光纖布拉格光柵(3)和波分復(fù)用器(4)，所述波分復(fù)用器(4)將信號(hào)分為三路第一路進(jìn)入耦合器(5)又被分為兩束，一束與斜坡濾波器(6)和第三光電探測(cè)器(9)相連，另一束直接進(jìn)入第一光電探測(cè)器(7)，這兩束信號(hào)都經(jīng)過(guò)第一除法器(11)相除，再與傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊(13)連接；第二路經(jīng)過(guò)第二光電探測(cè)器(8)和第二除法器(12)后進(jìn)入傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊(13)；第三路經(jīng)過(guò)第四光電探測(cè)器(10)和第二除法器(12)后也進(jìn)入傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征 在于，波分復(fù)用器(4)的三個(gè)通道的工作波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)所用光纖布拉格光柵(3)的中 心波長(zhǎng)減13THZ、光纖布拉格光柵(3)中心波長(zhǎng)、光纖布拉格光柵(3)中心波長(zhǎng)加13THZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，其特征 在于所述斜坡濾波器(6)的斜坡波長(zhǎng)范圍覆蓋光纖布拉格光柵(3)的中心波長(zhǎng)變化范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種融合光纖布拉格光柵傳感與拉曼傳感器的傳感系統(tǒng)，包括光源1、環(huán)形器2、若干光纖布拉格光柵3、波分復(fù)用器4、耦合器5、斜坡濾波器6、第一光電探測(cè)器7、第二光電探測(cè)器8、第三光電探測(cè)器9、第四光電探測(cè)器10、第一除法器11、第二除法器12和傳感信號(hào)響應(yīng)處理模塊13。本發(fā)明的有益效果能實(shí)現(xiàn)溫度和其他多個(gè)參量同時(shí)測(cè)量，用拉曼效應(yīng)測(cè)一組溫度參量，F(xiàn)BG測(cè)量其他參量，使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)更多，測(cè)量系統(tǒng)精度更高。
文檔編號(hào)G01D5/353GK101813496SQ20101014733
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者冉曾令, 劉川, 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)