专利名称：一种基于波分复用的光纤传感系统结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤传感系统结构，特别涉及一种基于波分复用的光纤 传感系统结构。
背景技术：
基于光纤光缆的分布式光纤传感系统，具有同时获取在监测光纤光缆敷 设区域内被测量随时间和空间变化的信息的能力，适用于长距离光纤光缆系
统的分布式侦听;险测领i或。该传感系统主要用于才全测定位应力、应变和^展动， 对需要防护重要区域、目标如军事重地、管制区域、各种重要管线以及重 要国境线进行入侵预警和监视并提供精确定位，是安全防护领域的重要技术。
马赫-泽德干涉型光纤传感系统的传感部分是一种典型的马赫-泽德干 涉仪。现有技术中的基本结构1如图1所示，2x2耦合器106和108、光纤(或 光缆)107构成马赫-泽德干涉仪。光发射机102发射的光信号被1x2功分器 104分成两束光，其中一束光经106、 107、 108、 1x2功分器105后^皮光电转 换接收器103接收，另一束光经105、 108、 107、 106后被光电转换接收器101 接收，通过处理IOI、 103接收到的信号，可获得外场变化信息，定位应力、 应变或振动发生的位置。
由光发射机102发射的光信号分为沿两个相反方向传输的光，如果传感 光纤(或光缆)107的某部分受到外力作用产生形变或振动，那么在107中传 输的光信号的相位会发生变化。通过检测两个方向的光信号波形变化的时间 差，即可计算出应力、应变或振动发生的位置。
图l中所示现有技术中，光电转换接收机IOI、 103采用单一的光电转换 检测器。这种结构存在光电转换检测器输出的直流信号较高、输出的交流信 号受偏振的影响、系统检测扰动位置时准确度较差、在长距离应用中灵敏度 比较低等缺点。
现有技术中的基本结构2如图2所示，包括光信号的收发部分201、耦合 模块l 202、引导光纤(或光缆)203、耦合模块2 204和传感光纤(或光缆)205， 205形成一环形，与其它部分形成一封闭区域。光信号的收发部分201 包括光发生器209、放大器206、 210以及光电转换器207、 208、 211、 212。 其中206、 207、 208构成一个平衡检测光电转换接收器，210、 211、 212构成 另 一个平衡检测光电转换接收器。
图2中所示现有技术采用探测器对组成平衡探测器，克服了图1所示技 术中光电转换检测器输出的直流信号较高、输出的交流信号受偏振的影响、 系统一企测扰动位置时准确度较差的缺点。
图1和图2所示的现有技术采用单一的光信号波长，接收模块接收的光 信号中混杂了背向瑞利散射光信号噪声和布里渊散射光信号噪声，这些噪声 在长距离监控系统中光发射模块需要发射大功率光信号时严重干扰了有用信 号，限制了传感系统的监控范围和接收灵敏度。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于波分复用的光纤 传感系统结构，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤(或 光缆)、耦合模块和传感光纤(或光缆)。
所述传感光纤(或光缆)与耦合模块一起构成马赫-泽德(Mach-Zehnder ) 干涉仪，波分复用模块连接到光信号的收发部分，引导光纤(或光缆)将耦 合模块连接到波分复用模块。
所述光信号发射接收部分采用两套发射和接收，两套发射机发射的光信 号波长不同，两种波长的光信号分别在传感光纤(或光缆)的两个相反的传 输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。
所述波分复用模块，根据光信号发射接收部分发射的两个波长之间的间 隔，包括两个粗波分复用器件或密集波分复用器件或两个光环行器组合两个 光滤波器，分离发射光信号和接收光信号，同时所述波分复用模块还滤除背 向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声，降低了接收方向的噪声，提高了系统的接收灵敏度，扩展了传感系统的监控范围。
所述耦合模块分别将顺时针和逆时针方向的发射光信号分成两路干涉信 号，同时把从反方向来的干涉光信号进行耦合，输送到波分复用模块。
所述波分复用模块、引导光纤(或光缆)和耦合模块部分可以相互独立 或成为一个整体。
所述引导光纤(或光缆)和传感光纤(或光缆)可以相互独立或在同一 根光缆中。
所述传感光纤(或光缆)通过两根光纤与耦合模块相连接来实现。
本发明的有益效果在于，光信号发射接收部分采用两套发射和接收，两 套发射机发射的光信号波长不同，两种波长的光信号分别在传感光纤(或光 缆)的两个相反的传输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。两种波长的光 信号采用波分复用模块进行分离，在接收方向波分复用模块滤除背向瑞利散 射噪声和布里渊散射噪声，降低了接收方向的噪声，提高了系统的接收灵敏 度，扩展了传感系统的监控范围。
图1为现有技术中光纤传感系统结构1;
图2为现有技术中光纤传感系统结构2;
图3为本发明实施例1的光纤传感系统结构示意图4为本发明实施例2的光纤传感系统结构示意具体实施例方式
本发明提供一种光纤传感系统结构。以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
本发明提供 一 种光纤传感系统结构，如图3所示，该系统 包括光信号的发射接收部分301、波分复用模块302、引导光纤(或光缆) 303、耦合模块304和传感光纤(或光缆)305, 305形成一环形，与其它部分 形成一封闭区域。本实施例中，所述光信号的发射接收部分301包括光信号发生器1 307、 光信号发生器2 308、光电转换接收器l 309和光电转换接收器1 306。其中307、 308发射的光信号波长不同，306、 309接收的光信号波长也不同。
所述波分复用模块302包括两个具有波分复用功能的粗波分复用器件或 密集波分复用器件310、 311，具有波分复用功能的3]0、 311也可以由光环行 器与光滤波器组合而成，实现分离发射光信号和接收光信号。
所述引导光纤(或光缆)303包括2根光纤，用于连接波分复用模块302和 耦合模块304。
所述耦合模块304包括两个lx2或2x2的耦合器312、 313。 所述传感光纤(或光缆)305包括至少2根光纤，用于连接耦合器312、 313,
构成一个环。所述2根传感光纤可以并行置于一根光缆内，也可以以其它形式放置。
本实施例中，光信号发生器1 307发射的光信号波长1通过波分复用器 件310与反方向传送来的光信号波长2分离，光信号波长1通过引导光纤303 传送到耦合器312，分成两束光信号在传感光纤(或光缆)305中顺时针方向 传输，到达耦合器313后两束光信号合并成一束经引导光纤303传送到波分 复用器311， 311分离光信号发射器2 308发射的光信号波长2和313传来的 接收到的光信号波长l，光信号波长l被传送到光电转换接收器l 309。在逆 时针方向，光信号发生器2 308发射的光信号波长2通过波分复用器件311 与反方向传送来的光信号波长1分离，光信号波长2通过引导光纤303传送 到耦合器313,分成两束光信号在传感光纤(或光缆)305中逆时针方向传输， 到达耦合器312后两束光信号合并成一束经引导光纤303传送到波分复用器 310， 310分离光信号发射器1 307发射的光信号波长2和312传来的接收到 的光信号波长2,光信号波长2被传送到光电转换接收器2 306。通过处理306、 309输出的信号，可获得外场变化信息，定位应力、应变或振动发生的位置。
实施例二
本发明提供一种光纤传感系统结构，如图4所示，所述光纤传感系统结构 实现功能与实施例一相同，但313处于远端，305不形成环形，与其它部分不 形成一封闭区域。
本实施例中，耦合器313放置于远端，与312不在同一位置，因此传感 光纤(或光缆)305不必构成一个环。光信号发生器1发射的光信号波长1通过波分复用器件310与反方向传送来的光信号波长2分离，光信号波长1传 送到耦合器312，分成两束光信号在传感光纤(或光缆)305中顺时针方向传 输，到达耦合器313后两束光信号合并成一束传送到波分复用器311， 311分 离光信号发射器2 308发射的光信号波长2和313传来的接收到的光信号波 长l，光信号波长1被传送到光电转换接收器1 309。在逆时针方向，光信号 发生器2 308发射的光信号波长2通过波分复用器件311与反方向传送来的 光信号波长1分离，光信号波长2传送到耦合器313,分成两束光信号在传感 光纤(或光缆)305中逆时针方向传输，到达耦合器312后两束光信号合并成 一束传送到波分复用器310， 310分离光信号发射器1 307发射的光信号波长 2和312传来的接收到的光信号波长2，光信号波长2被传送到光电转换接收 器2 306。通过处理306、 309输出的信号，可获得外场变化信息，定位应力、 应变或振动发生的位置。
本实施例中，所述传感光纤(或光缆)305 、引导光纤(或光缆)303可 存在于同 一根光缆中或不同光缆中。
上述实施例仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
权利要求
1.一种基于波分复用的光纤传感系统结构，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤(或光缆)、耦合模块和传感光纤(或光缆)，其中传感光纤(或光缆)与耦合模块一起构成马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪，波分复用模块连接到光信号的收发部分，引导光纤(或光缆)连接耦合模块和波分复用模块。其特征在于光信号发射接收部分采用两套发射和接收，两套发射机发射的光信号波长不同，两种波长的光信号分别在传感光纤(或光缆)的两个相反的传输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。
2. 根据权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于，两种波长的光信 号采用波分复用模块进行分离，波分复用模块滤除在接收方向的背向瑞利散 射噪声和布里渊散射噪声，降低了接收方向的噪声，提高了系统的接收灵敏 度，扩展了传感系统的监控范围。
3. 如权利要求1或2所述的光纤传感系统，其中，根据光信号发射接收 部分发射的两个波长之间的间隔，波分复用模块包括两个粗波分复用器件或 密集波分复用器件或两个光环行器组合两个光滤波器，用于分离发射光信号 和接收光信号，同时滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声。
4. 如权利要求1或2所述的光纤传感系统，其中，耦合模块分别将顺时 针和逆时针发射光信号分成两路干涉信号，同时把从反方向来的干涉光信号 进行耦合，输送到波分复用模块。
5. 根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于，波分复用模 块、引导光纤(或光缆)和耦合模块部分可以相互独立或成为一个整体。
6. 根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于，引导光纤(或 光缆)和传感光纤(或光缆)可以相互独立或在同一根光缆中。
全文摘要
本发明提供一种基于波分复用的光纤传感系统结构，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤(或光缆)、耦合模块和传感光纤(或光缆)；其中，光信号的发射接收部分发送两路不同波长的光信号，通过波分复用模块分离发射光信号和接收光信号，同时波分复用模块还滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声，波分复用模块、引导光纤(或光缆)和耦合模块可以相互独立或成为一个整体，引导光纤(或光缆)和传感光纤(或光缆)可以相互独立或在同一根光缆中。
文档编号G01D5/26GK101277151SQ20081011171
公开日2008年10月1日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者剑 伍, 超 左, 坤 徐, 林金桐, 洪小斌 申请人:北京邮电大学