一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种应用于光纤光栅传感领域的基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，系统包括光纤光栅解调仪、入射主光纤、反射主光纤、光隔离器、光延时装置、光纤耦合器、光纤光栅传感器组件、泵浦激光器。本发明所述光纤光栅传感系统各传感器利用时分复用技术进行复用，相互之间波长可以重复，可以克服波分复用技术中串联光纤光栅传感器数目的限制，增加布设的光纤光栅传感器点数，提升光纤光栅传感系统的应用领域。
【专利说明】
一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统
技术领域
[0001]本发明设计光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统。
[0002]能够利用光延时装置和光耦合器实现光纤光栅传感器时分复用，增加光纤光栅传感系统布设的传感器点数，提升光纤光栅传感系统的检测空间范围和空间频率。
【背景技术】
[0003]光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的。光纤传感技术有高灵敏度、抗电磁干扰、频带宽、可移植性强等优点，因此光纤传感技术在军事、国防、航天航空、工矿企业、能源、环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。目前光纤传感技术已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。
[0004]在光纤传感领域，光纤光栅传感器有着非常广泛的应用。光纤光栅传感器是利用特殊技术在光纤中写入特殊结构形成的波长调制传感器。由耦合模理论可知，光纤光栅(FBG)的中心反射波长可表示为:
[0005]AB = 2neff A式(I)
[0006]式(I)中，Iie3ff为导模的有效折射率，Λ为光纤光栅的周期，11册和Λ受到温度和应变的影响。因此可以通过解调光纤光栅反射波长λΒ的偏移，对外界物理量的改变进行推算。
[0007]利用波分复用技术，光纤光栅阵列被广泛应用于光纤光栅准分布式传感系统中。然而利用波分复用技术，为了保证串联的光纤光栅传感器之间的反射波长不会串扰，各串联光纤光栅传感器的反射中心波长有一定的间隔，一般为Inm左右。在光源波长范围一定的情况下，限制了光纤光栅传感器串联的点数。
[0008]因此，现有技术的上述问题亟待解决。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是针对现有技术的不足，利用光延时装置和光耦合器，设计一种基于时分复用技术的光纤光栅传感系统，可以增加光纤光栅传感系统串联的传感点数。
[0010]本发明请求保护一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，该系统包括:
[0011]光纤光栅解调仪；
[0012]入射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的光源输出端；
[0013]入射主光纤的另一端依次连接光隔离器，多个包括入射光延时装置和入射光纤耦合器在内的组合，最后一个入射光纤耦合器连接栗浦激光器；
[0014]反射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的信号接收端；
[0015]反射主光纤的另一端依次连接多个出射光纤耦合器，
[0016]各入射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连，组成树杈状双路网络;
[0017]各出射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连；
[0018]该光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器、入射光纤、光纤光栅传感器、反射光纤；
[0019]入射光纤的一端连接光环行器的I口，另一端连接入射光纤耦合器;光纤光栅传感器连接光环行器的2口；反射光纤的一端连接光环行器的3口，另一端连接出射光纤耦合器。
[0020]进一步的，多个包括入射光延时装置和入射光纤耦合器在内的组合的个数为2个。
[0021]进一步的，所述光纤光栅解调仪的光源应采用窄线宽脉冲激光器，波长为1550nm附近。
[0022]进一步的，所述入射主光纤和反射主光纤都是传输光纤，支撑起该系统的树杈状环路的两条主路;其中入射主光纤采用掺杂浓度较低的掺铒光纤，可以对入射光信号进行放大，补偿其在光延时装置处的损耗。
[0023]进一步的，所述光延时装置是一段延时光纤，通过增加入射光波的光程来增大各光纤光栅传感器的入射光信号的入射时间间隔。
[0024]进一步的，所述栗浦激光器为980nm半导体激光器，其栗浦功率根据各光延时装置增加的光程总和来确定。
[0025]本发明还请求保护一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，该系统包括:
[0026]光纤光栅解调仪；
[0027 ]入射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的光源输出端；
[0028]入射主光纤另一端依次连接多个入射光纤耦合器，最后一个入射光纤耦合器连接栗浦激光器；
[0029]反射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的信号接收端；
[0030]反射主光纤另一端依次连接光滤波器，多个包括出射光延时装置和出射光纤耦合器在内的组合；
[0031 ]各入射光纤耦合器依次与一个光纤光栅传感器组件相连；
[0032]各出射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连，组成树杈状双路网络;
[0033 ] 光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器、入射光纤、光纤光栅传感器、反射光纤;入射光纤的一端连接光环行器的I 口，另一端连接入射光纤耦合器;光纤光栅传感器连接光环行器的2口；反射光纤的一端连接光环行器的3口，另一端连接出射光纤耦合器。
[0034]本发明所提供的光纤光栅传感系统有如下特点:
[0035]该光纤光栅传感系统引入光延时装置和光耦合器，使各光纤光栅传感器实现时分复用，中心波长可以重复；利用光环行器构建树杈状双路传感网络，把入射光和反射光分离，分别沿不同主光纤传播;在入射主光纤末端引入980nm栗浦光，补偿入射光在光延时装置上的损耗。综上所述，该系统实现光纤光栅传感器的时分复用，克服传统波分复用技术传感点数受限的缺点，可以提升传感网络的信息采集量。
【附图说明】
[0036]图1为本发明所述的时分复用光纤光栅传感系统的结构示意图。
[0037]图2为本发明所述基于光环行器的光纤光栅传感器的结构示意图。
[0038]图3为本发明第二个实施例的结构示意图。
[0039]图4为本发明第三个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0041]本发明的主要内容:利用光延时装置、光耦合器和光环行器构成树杈状双路传感网络，实现各光纤光栅传感器的时分复用。因此凡是利用该树杈状结构实现光纤光栅时分复用的传感网络都在本发明的保护范围之中。
[0042]如图1所示，为第一个实施例，本发明请求保护的一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，该系统包括:光纤光栅解调仪101;
[0043 ]入射主光纤102，一端连接光纤光栅解调仪1I的光源输出端；
[0044]入射主光纤102另一端依次连接光隔离器104，多个包括入射光延时装置105和入射光纤親合器106在内的组合，最后一个入射光纤親合器106连接栗浦激光器108;
[0045 ]反射主光纤103，一端连接光纤光栅解调仪1I的信号接收端；
[0046]反射主光纤103另一端依次连接多个出射光纤耦合器，
[0047]各入射光纤耦合器106还依次与一个光纤光栅传感器组件107相连，组成树杈状双路网络；
[0048]各出射光纤耦合器依次与一个光纤光栅传感器组件107相连；
[0049]附图2所示为本发明所涉及的光纤光栅传感器组件107的结构示意图。该光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器201、入射光纤202、光纤光栅传感器203、反射光纤204;入射光纤202的一端连接光环行器201的I 口，另一端连接入射光纤耦合器106;光纤光栅传感器203连接光环行器201的2 口；反射光纤204的一端连接光环行器201的3 口，另一端连接出射光纤親合器。
[0050]所述光纤光栅解调仪的光源应采用窄线宽脉冲激光器，波长为1550nm附近；
[0051]所述光隔离器允许入射主光纤上传播的光束单向传播，防止980nm的栗浦光进入光纤光栅解调仪光源的输出端，损毁解调光源。
[0052]所述入射主光纤和反射主光纤都是传输光纤，支撑起该系统的树杈状环路的两条主路;其中入射主光纤采用掺杂浓度较低的掺铒光纤，可以对入射光信号进行放大，补偿其在光延时装置处的损耗。所述光延时装置是一段延时光纤，通过增加入射光波的光程来增大各光纤光栅传感器的入射光信号的入射时间间隔。
[0053]所述栗浦激光器为980nm半导体激光器，其栗浦功率根据各光延时装置增加的光程总和来确定。
[0054]光纤光栅传感器组件工作时，工作流程如下:
[0055]从耦合器传来的光经入射光纤202进入光环行器201的I 口，然后从光环行器201的2 口入射到光纤光栅传感器203，经光纤光栅传感器203反射传感信号光进入光环行器201的2 口，传感信号光再经光环行器3 口进入反射光纤204，最后通过光耦合器进入反射主光纤。利用光环行器实现了光纤光栅传感器入射光与反射光的分离。
[0056]该光纤光栅传感系统的光传输网络为基于光环行器的树杈状双路网络，基于光环形器的光纤光栅传感器107通过光耦合器连接入射主光纤102与反射主光纤103。引入光延时装置105，使入射各光纤光栅传感分路的光在时间域上分隔开，实现各光纤光栅传感器的时分复用，各光纤光栅传感器的中心波长可以重复。栗浦激光器108接在入射主光纤的末端，补偿光经过光延时装置时的损耗。
[0057]系统的工作流程为:
[0058]从解调仪出来的脉冲光进入入射主光纤，先经过光隔离器，再依次通过光延时装置和光耦合器共同构成的树杈状结构进行时分复用，进入光纤光栅传感器组件107;经过光纤光栅传感器组件107反射的信号光经光耦合器进入反射主光纤，最后进入光纤光栅解调仪的接收端。利用树杈状结构传感网络和光延时装置的作用，实现各分路光纤光栅传感器的时分复用，提升整个传感网络的传感点数，增大光纤光栅传感网络的测量容量。
[0059]在第二个实施例中，多个包括入射光延时装置和入射光纤耦合器在内的组合的个数为2个，如图3所示。
[0060]如图4所示，为第三个实施例，本发明请求保护的一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，该系统包括:光纤光栅解调仪501;
[0061 ]入射主光纤502—端连接光纤光栅解调仪501的光源输出端；
[0062]入射主光纤502另一端依次连接多个入射光纤耦合器506，最后一个入射光纤耦合器506连接栗浦激光器508 ；
[0063]反射主光纤503—端连接光纤光栅解调仪501的信号接收端；
[0064]反射主光纤503另一端依次连接光滤波器504，多个包括出射光延时装置505和出射光纤耦合器在内的组合；
[0065]各入射光纤耦合器与一个光纤光栅传感器组件相连；
[0066]各出射光纤耦合器还与一个光纤光栅传感器组件相连，组成树杈状双路网络；
[0067]光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器、入射光纤、光纤光栅传感器、反射光纤;入射光纤的一端连接光环行器的I 口，另一端连接入射光纤耦合器;光纤光栅传感器连接光环行器的2口；反射光纤的一端连接光环行器的3口，另一端连接出射光纤耦合器。
[0068]系统的工作流程为:
[0069]从解调仪501出来的脉冲光进入入射主光纤502，先经过光耦合器，分一部分光进入光纤光栅传感分路，另一部分光继续沿入射主光纤传播;进入传感分路的光经过基于光环行器的光纤光栅传感器507反射形成信号光，再经光親合器进入反射主光纤503，最后依次通过反射主光纤503上的光延时装置505和光滤波器504进入光纤光栅解调仪501的接收端。利用树杈状结构传感网络和光延时装置505的作用，实现各分路光纤光栅传感器的时分复用，提升整个传感网络的传感点数，增大光纤光栅传感网络的测量容量。
[0070]本发明中应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。
【主权项】
1.一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，其特征在于，该系统包括: 光纤光栅解调仪； 入射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的光源输出端； 入射主光纤的另一端依次连接光隔离器，多个包括入射光延时装置和入射光纤耦合器在内的组合，最后一个入射光纤耦合器连接栗浦激光器； 反射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的信号接收端； 反射主光纤的另一端依次连接多个出射光纤耦合器， 各入射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连，组成树杈状双路网络； 各出射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连； 该光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器、入射光纤、光纤光栅传感器、反射光纤； 入射光纤的一端连接光环行器的I 口，另一端连接入射光纤耦合器;光纤光栅传感器连接光环行器的2口；反射光纤的一端连接光环行器的3口，另一端连接出射光纤耦合器。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，多个包括入射光延时装置和入射光纤耦合器在内的组合的个数为2个。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤光栅解调仪的光源应采用窄线宽脉冲激光器，波长为1550nm附近。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述入射主光纤和反射主光纤都是传输光纤，支撑起该系统的树杈状环路的两条主路;其中入射主光纤采用掺杂浓度较低的掺铒光纤，可以对入射光信号进行放大，补偿其在光延时装置处的损耗。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光延时装置是一段延时光纤，通过增加入射光波的光程来增大各光纤光栅传感器的入射光信号的入射时间间隔。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述栗浦激光器为980nm半导体激光器，其栗浦功率根据各光延时装置增加的光程总和来确定。7.一种基于光环行器的光纤光栅时分复用传感系统，其特征在于，该系统包括: 光纤光栅解调仪； 入射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的光源输出端； 入射主光纤另一端依次连接多个入射光纤耦合器，最后一个入射光纤耦合器连接栗浦激光器； 反射主光纤，一端连接光纤光栅解调仪的信号接收端； 反射主光纤另一端依次连接光滤波器，多个包括出射光延时装置和出射光纤耦合器在内的组合； 各入射光纤耦合器依次与一个光纤光栅传感器组件相连； 各出射光纤耦合器还依次与一个光纤光栅传感器组件相连，组成树杈状双路网络； 光纤光栅传感器组件包括3 口光环行器、入射光纤、光纤光栅传感器、反射光纤;入射光纤的一端连接光环行器的I 口，另一端连接入射光纤耦合器;光纤光栅传感器连接光环行器的2口；反射光纤的一端连接光环行器的3口，另一端连接出射光纤耦合器。
【文档编号】G01D5/353GK106092161SQ201610609417
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610609417.7, CN 106092161 A, CN 106092161A, CN 201610609417, CN-A-106092161, CN106092161 A, CN106092161A, CN201610609417, CN201610609417.7
【发明人】缑龙, 贾磊, 邵利军, 白磊, 周晓旭, 张佳鹏, 曹桂芳, 刘志英, 杨莹, 郭晓澎
【申请人】山西省交通科学研究院, 山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司）