一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種應用于光纖光柵傳感領域的基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，系統包括光纖光柵解調儀、入射主光纖、反射主光纖、光隔離器、光延時裝置、光纖耦合器、光纖光柵傳感器組件、泵浦激光器。本發明所述光纖光柵傳感系統各傳感器利用時分復用技術進行復用，相互之間波長可以重復，可以克服波分復用技術中串聯光纖光柵傳感器數目的限制，增加布設的光纖光柵傳感器點數，提升光纖光柵傳感系統的應用領域。
【專利說明】
一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統
技術領域
[0001]本發明設計光纖光柵傳感技術領域，尤其涉及一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統。
[0002]能夠利用光延時裝置和光耦合器實現光纖光柵傳感器時分復用，增加光纖光柵傳感系統布設的傳感器點數，提升光纖光柵傳感系統的檢測空間范圍和空間頻率。
【背景技術】
[0003]光纖傳感技術始于1977年，伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的。光纖傳感技術有高靈敏度、抗電磁干擾、頻帶寬、可移植性強等優點，因此光纖傳感技術在軍事、國防、航天航空、工礦企業、能源、環保、工業控制、醫藥衛生、計量測試、建筑、家用電器等領域有著廣闊的市場。目前光纖傳感技術已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。
[0004]在光纖傳感領域，光纖光柵傳感器有著非常廣泛的應用。光纖光柵傳感器是利用特殊技術在光纖中寫入特殊結構形成的波長調制傳感器。由耦合模理論可知，光纖光柵(FBG)的中心反射波長可表示為:
[0005]AB = 2neff A式(I)
[0006]式(I)中，Iie3ff為導模的有效折射率，Λ為光纖光柵的周期，11冊和Λ受到溫度和應變的影響。因此可以通過解調光纖光柵反射波長λΒ的偏移，對外界物理量的改變進行推算。
[0007]利用波分復用技術，光纖光柵陣列被廣泛應用于光纖光柵準分布式傳感系統中。然而利用波分復用技術，為了保證串聯的光纖光柵傳感器之間的反射波長不會串擾，各串聯光纖光柵傳感器的反射中心波長有一定的間隔，一般為Inm左右。在光源波長范圍一定的情況下，限制了光纖光柵傳感器串聯的點數。
[0008]因此，現有技術的上述問題亟待解決。
【發明內容】
[0009]本發明的目的就是針對現有技術的不足，利用光延時裝置和光耦合器，設計一種基于時分復用技術的光纖光柵傳感系統，可以增加光纖光柵傳感系統串聯的傳感點數。
[0010]本發明請求保護一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，該系統包括:
[0011]光纖光柵解調儀；
[0012]入射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的光源輸出端；
[0013]入射主光纖的另一端依次連接光隔離器，多個包括入射光延時裝置和入射光纖耦合器在內的組合，最后一個入射光纖耦合器連接栗浦激光器；
[0014]反射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的信號接收端；
[0015]反射主光纖的另一端依次連接多個出射光纖耦合器，
[0016]各入射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連，組成樹杈狀雙路網絡;
[0017]各出射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連；
[0018]該光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器、入射光纖、光纖光柵傳感器、反射光纖；
[0019]入射光纖的一端連接光環行器的I口，另一端連接入射光纖耦合器;光纖光柵傳感器連接光環行器的2口；反射光纖的一端連接光環行器的3口，另一端連接出射光纖耦合器。
[0020]進一步的，多個包括入射光延時裝置和入射光纖耦合器在內的組合的個數為2個。
[0021]進一步的，所述光纖光柵解調儀的光源應采用窄線寬脈沖激光器，波長為1550nm附近。
[0022]進一步的，所述入射主光纖和反射主光纖都是傳輸光纖，支撐起該系統的樹杈狀環路的兩條主路;其中入射主光纖采用摻雜濃度較低的摻鉺光纖，可以對入射光信號進行放大，補償其在光延時裝置處的損耗。
[0023]進一步的，所述光延時裝置是一段延時光纖，通過增加入射光波的光程來增大各光纖光柵傳感器的入射光信號的入射時間間隔。
[0024]進一步的，所述栗浦激光器為980nm半導體激光器，其栗浦功率根據各光延時裝置增加的光程總和來確定。
[0025]本發明還請求保護一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，該系統包括:
[0026]光纖光柵解調儀；
[0027 ]入射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的光源輸出端；
[0028]入射主光纖另一端依次連接多個入射光纖耦合器，最后一個入射光纖耦合器連接栗浦激光器；
[0029]反射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的信號接收端；
[0030]反射主光纖另一端依次連接光濾波器，多個包括出射光延時裝置和出射光纖耦合器在內的組合；
[0031 ]各入射光纖耦合器依次與一個光纖光柵傳感器組件相連；
[0032]各出射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連，組成樹杈狀雙路網絡;
[0033 ] 光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器、入射光纖、光纖光柵傳感器、反射光纖;入射光纖的一端連接光環行器的I 口，另一端連接入射光纖耦合器;光纖光柵傳感器連接光環行器的2口；反射光纖的一端連接光環行器的3口，另一端連接出射光纖耦合器。
[0034]本發明所提供的光纖光柵傳感系統有如下特點:
[0035]該光纖光柵傳感系統引入光延時裝置和光耦合器，使各光纖光柵傳感器實現時分復用，中心波長可以重復；利用光環行器構建樹杈狀雙路傳感網絡，把入射光和反射光分離，分別沿不同主光纖傳播;在入射主光纖末端引入980nm栗浦光，補償入射光在光延時裝置上的損耗。綜上所述，該系統實現光纖光柵傳感器的時分復用，克服傳統波分復用技術傳感點數受限的缺點，可以提升傳感網絡的信息采集量。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明所述的時分復用光纖光柵傳感系統的結構示意圖。
[0037]圖2為本發明所述基于光環行器的光纖光柵傳感器的結構示意圖。
[0038]圖3為本發明第二個實施例的結構示意圖。
[0039]圖4為本發明第三個實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。
[0041]本發明的主要內容:利用光延時裝置、光耦合器和光環行器構成樹杈狀雙路傳感網絡，實現各光纖光柵傳感器的時分復用。因此凡是利用該樹杈狀結構實現光纖光柵時分復用的傳感網絡都在本發明的保護范圍之中。
[0042]如圖1所示，為第一個實施例，本發明請求保護的一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，該系統包括:光纖光柵解調儀101;
[0043 ]入射主光纖102，一端連接光纖光柵解調儀1I的光源輸出端；
[0044]入射主光纖102另一端依次連接光隔離器104，多個包括入射光延時裝置105和入射光纖親合器106在內的組合，最后一個入射光纖親合器106連接栗浦激光器108;
[0045 ]反射主光纖103，一端連接光纖光柵解調儀1I的信號接收端；
[0046]反射主光纖103另一端依次連接多個出射光纖耦合器，
[0047]各入射光纖耦合器106還依次與一個光纖光柵傳感器組件107相連，組成樹杈狀雙路網絡；
[0048]各出射光纖耦合器依次與一個光纖光柵傳感器組件107相連；
[0049]附圖2所示為本發明所涉及的光纖光柵傳感器組件107的結構示意圖。該光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器201、入射光纖202、光纖光柵傳感器203、反射光纖204;入射光纖202的一端連接光環行器201的I 口，另一端連接入射光纖耦合器106;光纖光柵傳感器203連接光環行器201的2 口；反射光纖204的一端連接光環行器201的3 口，另一端連接出射光纖親合器。
[0050]所述光纖光柵解調儀的光源應采用窄線寬脈沖激光器，波長為1550nm附近；
[0051]所述光隔離器允許入射主光纖上傳播的光束單向傳播，防止980nm的栗浦光進入光纖光柵解調儀光源的輸出端，損毀解調光源。
[0052]所述入射主光纖和反射主光纖都是傳輸光纖，支撐起該系統的樹杈狀環路的兩條主路;其中入射主光纖采用摻雜濃度較低的摻鉺光纖，可以對入射光信號進行放大，補償其在光延時裝置處的損耗。所述光延時裝置是一段延時光纖，通過增加入射光波的光程來增大各光纖光柵傳感器的入射光信號的入射時間間隔。
[0053]所述栗浦激光器為980nm半導體激光器，其栗浦功率根據各光延時裝置增加的光程總和來確定。
[0054]光纖光柵傳感器組件工作時，工作流程如下:
[0055]從耦合器傳來的光經入射光纖202進入光環行器201的I 口，然后從光環行器201的2 口入射到光纖光柵傳感器203，經光纖光柵傳感器203反射傳感信號光進入光環行器201的2 口，傳感信號光再經光環行器3 口進入反射光纖204，最后通過光耦合器進入反射主光纖。利用光環行器實現了光纖光柵傳感器入射光與反射光的分離。
[0056]該光纖光柵傳感系統的光傳輸網絡為基于光環行器的樹杈狀雙路網絡，基于光環形器的光纖光柵傳感器107通過光耦合器連接入射主光纖102與反射主光纖103。引入光延時裝置105，使入射各光纖光柵傳感分路的光在時間域上分隔開，實現各光纖光柵傳感器的時分復用，各光纖光柵傳感器的中心波長可以重復。栗浦激光器108接在入射主光纖的末端，補償光經過光延時裝置時的損耗。
[0057]系統的工作流程為:
[0058]從解調儀出來的脈沖光進入入射主光纖，先經過光隔離器，再依次通過光延時裝置和光耦合器共同構成的樹杈狀結構進行時分復用，進入光纖光柵傳感器組件107;經過光纖光柵傳感器組件107反射的信號光經光耦合器進入反射主光纖，最后進入光纖光柵解調儀的接收端。利用樹杈狀結構傳感網絡和光延時裝置的作用，實現各分路光纖光柵傳感器的時分復用，提升整個傳感網絡的傳感點數，增大光纖光柵傳感網絡的測量容量。
[0059]在第二個實施例中，多個包括入射光延時裝置和入射光纖耦合器在內的組合的個數為2個，如圖3所示。
[0060]如圖4所示，為第三個實施例，本發明請求保護的一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，該系統包括:光纖光柵解調儀501;
[0061 ]入射主光纖502—端連接光纖光柵解調儀501的光源輸出端；
[0062]入射主光纖502另一端依次連接多個入射光纖耦合器506，最后一個入射光纖耦合器506連接栗浦激光器508 ；
[0063]反射主光纖503—端連接光纖光柵解調儀501的信號接收端；
[0064]反射主光纖503另一端依次連接光濾波器504，多個包括出射光延時裝置505和出射光纖耦合器在內的組合；
[0065]各入射光纖耦合器與一個光纖光柵傳感器組件相連；
[0066]各出射光纖耦合器還與一個光纖光柵傳感器組件相連，組成樹杈狀雙路網絡；
[0067]光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器、入射光纖、光纖光柵傳感器、反射光纖;入射光纖的一端連接光環行器的I 口，另一端連接入射光纖耦合器;光纖光柵傳感器連接光環行器的2口；反射光纖的一端連接光環行器的3口，另一端連接出射光纖耦合器。
[0068]系統的工作流程為:
[0069]從解調儀501出來的脈沖光進入入射主光纖502，先經過光耦合器，分一部分光進入光纖光柵傳感分路，另一部分光繼續沿入射主光纖傳播;進入傳感分路的光經過基于光環行器的光纖光柵傳感器507反射形成信號光，再經光親合器進入反射主光纖503，最后依次通過反射主光纖503上的光延時裝置505和光濾波器504進入光纖光柵解調儀501的接收端。利用樹杈狀結構傳感網絡和光延時裝置505的作用，實現各分路光纖光柵傳感器的時分復用，提升整個傳感網絡的傳感點數，增大光纖光柵傳感網絡的測量容量。
[0070]本發明中應用具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想，對于本領域的一般技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護的范圍。
【主權項】
1.一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，其特征在于，該系統包括: 光纖光柵解調儀； 入射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的光源輸出端； 入射主光纖的另一端依次連接光隔離器，多個包括入射光延時裝置和入射光纖耦合器在內的組合，最后一個入射光纖耦合器連接栗浦激光器； 反射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的信號接收端； 反射主光纖的另一端依次連接多個出射光纖耦合器， 各入射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連，組成樹杈狀雙路網絡； 各出射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連； 該光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器、入射光纖、光纖光柵傳感器、反射光纖； 入射光纖的一端連接光環行器的I 口，另一端連接入射光纖耦合器;光纖光柵傳感器連接光環行器的2口；反射光纖的一端連接光環行器的3口，另一端連接出射光纖耦合器。2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，多個包括入射光延時裝置和入射光纖耦合器在內的組合的個數為2個。3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述光纖光柵解調儀的光源應采用窄線寬脈沖激光器，波長為1550nm附近。4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述入射主光纖和反射主光纖都是傳輸光纖，支撐起該系統的樹杈狀環路的兩條主路;其中入射主光纖采用摻雜濃度較低的摻鉺光纖，可以對入射光信號進行放大，補償其在光延時裝置處的損耗。5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述光延時裝置是一段延時光纖，通過增加入射光波的光程來增大各光纖光柵傳感器的入射光信號的入射時間間隔。6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述栗浦激光器為980nm半導體激光器，其栗浦功率根據各光延時裝置增加的光程總和來確定。7.一種基于光環行器的光纖光柵時分復用傳感系統，其特征在于，該系統包括: 光纖光柵解調儀； 入射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的光源輸出端； 入射主光纖另一端依次連接多個入射光纖耦合器，最后一個入射光纖耦合器連接栗浦激光器； 反射主光纖，一端連接光纖光柵解調儀的信號接收端； 反射主光纖另一端依次連接光濾波器，多個包括出射光延時裝置和出射光纖耦合器在內的組合； 各入射光纖耦合器依次與一個光纖光柵傳感器組件相連； 各出射光纖耦合器還依次與一個光纖光柵傳感器組件相連，組成樹杈狀雙路網絡； 光纖光柵傳感器組件包括3 口光環行器、入射光纖、光纖光柵傳感器、反射光纖;入射光纖的一端連接光環行器的I 口，另一端連接入射光纖耦合器;光纖光柵傳感器連接光環行器的2口；反射光纖的一端連接光環行器的3口，另一端連接出射光纖耦合器。
【文檔編號】G01D5/353GK106092161SQ201610609417
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610609417.7, CN 106092161 A, CN 106092161A, CN 201610609417, CN-A-106092161, CN106092161 A, CN106092161A, CN201610609417, CN201610609417.7
【發明人】緱龍, 賈磊, 邵利軍, 白磊, 周曉旭, 張佳鵬, 曹桂芳, 劉志英, 楊瑩, 郭曉澎
【申請人】山西省交通科學研究院, 山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司）