时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统的制作方法

文档序号:20537155发布日期:2020-04-24 22:11阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,包括光源子系统、定向耦合器、待测光栅网络、解调子系统以及中心控制子系统;

所述定向耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口;

所述光源子系统与所述定向耦合器的第一端口连接,所述定向耦合器的第二端口与所述待测光栅网络连接,所述解调子系统与所述定向耦合器的第三端口连接;所述中心控制子系统与所述光源子系统和所述解调子系统均连接;

所述光源子系统中包括至少一个分布式反馈激光管;

所述待测光栅网络为时分/波分复用的传感网络,包括至少一条光纤,所述光纤上集成有至少两个光栅,所述光栅的反射率小于-20db;

在工作状态下,所述中心控制子系统控制所述光源子系统输出探测信号光,所述探测信号光经所述定向耦合器进入到所述待测光栅网络中,并在所述待测光栅网络中所述光栅处反射形成反射光,所述反射光经所述定向耦合器进入到所述解调子系统,所述解调子系统对所述反射光进行采集处理形成电信号,所述中心控制子系统对所述电信号进行数据处理,形成监测结果并输出。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光源子系统中包括两个或两个以上分布式反馈激光管;各所述分布式反馈激光管可输出探测信号光的中心波长不同。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光纤光栅分布式传感系统的工作方式包括时分复用方式;

在所述时分复用方式下,同一所述光纤中至少两个所述光栅中心波长相同,且任意相邻两个中心波长相同的光栅之间的间隔d满足,

其中,c为光传播速度,n为光纤折射率,w为探测信号光脉冲宽度,tr为上升时间响应,tf为下降时间响应,ts为采样周期。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,同一所述光纤中,中心波长相同的所述光栅的数量为反射光谱畸变零界点的光栅数量nshadow、受所述探测信号光的信噪比影响的光栅数量nzy以及受返回功率的影响的最大光栅数量nrp三者中的最小值。

5.根据权利要求4所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,

所述监测结果包括时刻t所述解调子系统采集到的所述反射光对应的光栅位置l,l基于得到。

6.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光纤光栅分布式传感系统的工作方式包括波分复用方式;

在所述波分复用方式下,所述光纤中至少两个所述光栅的中心波长不同。

7.根据权利要求6所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,

所述监测结果包括所述解调子系统采集到的所述反射光对应的光栅位置l,l基于波长寻址得到。

8.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光纤光栅分布式传感系统的工作方式包括时分-波分复用方式;

在所述时分-波分复用方式下,同一所述光纤中包括至少两个重复单元,各所述重复单元顺次排列;所述重复单元包括至少两个光栅,同一所述重复单元中,各所述光栅的中心波长不同;

任意相邻两个重复单元中,中心波长相同的两个所述光栅之间的间隔d1满足,

其中,c为光传播速度,n为光纤折射率,w为探测脉冲宽度,tr为上升时间响应,tf为下降时间响应,ts为采样周期。

9.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光纤光栅分布式传感系统的工作方式包括时分-波分复用方式;

在所述时分-波分复用方式下,同一所述光纤中包括顺次排列的至少两组光栅;同一组所述光栅的中心波长相同;不同组所述光栅的中心波长不同;

同一组所述光栅中,相邻两个光所述栅之间的间隔d2满足,

其中,c为光传播速度,n为光纤折射率,w为探测脉冲宽度,tr为上升时间响应,tf为下降时间响应,ts为采样周期。

10.根据权利要求8或9所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述监测结果包括时刻tij所述解调子系统采集到的所述反射光对应的光栅位置lij,lij基于功率最大值时对应的波长得到。

11.根据权利要求1所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述光源子系统还包括激光温度调谐器、光波导以及功率补偿放大器;

所述激光温度调谐器包括第一温度可控区;

所述分布式反馈激光管、所述光波导和所述功率补偿放大器均位于所述第一温度可控区内,且沿所述探测信号光传播方向依次设置。

12.根据权利要求11所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述中心控制子系统包括激光管偏置组件、信号发生器、激光管选择组件、波长调谐模块、激光温度调谐器控制器、功率控制模块以及功率补偿控制器;

所述信号发生器通过所述激光管偏置组件与各所述分布式反馈激光管均连接;

所述波长调谐模块与所述激光温度调谐器控制器和所述激光管选择组件连接,所述激光温度调谐器控制器还与所述激光温度调谐器连接;

所述功率控制模块通过所述功率补偿控制器与所述功率补偿放大器连接。

13.根据权利要求12所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,

所述光源子系统还包括功率监测用光探测器、波长监控用光探测器、第一分光镜、第二分光镜、标准具以及标准具用温度调谐器;

所述中心控制子系统还包括标准具用温度调谐器控制器;

所述第一分光镜和所述第二分光镜顺次位于所述探测信号光在所述功率补偿放大器和所述待测光栅网络之间的光学路径上;

所述功率监测用光探测器位于所述探测信号光在所述第一分光镜反射形成的第一子光束的光学路径上,且所述功率监测用光探测器与所述功率补偿控制器连接;

所述波长监控用光探测器位于所述探测信号光在所述第二分光镜反射形成的第二子光束的光学路径上,且所述波长监控用光探测器与所述波长调谐模块连接;

所述标准具用温度调谐器包括第二温度可控区;所述标准具位于所述第二温度可控区内,且位于所述第二子光束在所述波长监控用光探测器和所述第二分光镜之间的光学路径上;

所述标准具用温度调谐器通过所述标准具用温度调谐器控制器与所述波长调谐模块连接。

14.根据权利要求13所述的光纤光栅分布式传感系统,其特征在于,所述解调子系统包括光电检测模块、信号调理模块以及数据采集模块;

所述中心控制子系统还包括数据处理模块;

所述光电检测模块与所述定向耦合器的第三端口连接,用于将反射光转换成电信号;

所述信号调理模块与所述光电检测模块连接,用于对所述电信号进行放大、整形以及降噪处理;

所述数据采集模块与所述信号调理模块连接,用于对处理后的所述电信号进行采集;

所述数据处理模块与所述数据采集模块连接,用于对所述采集的电信号进行处理,形成监测结果。


技术总结
本实用新型实施例公开了一种时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统,该时分/波分复用的光纤光栅分布式传感系统包括光源子系统、定向耦合器、待测光栅网络、解调子系统以及中心控制子系统;定向耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口;光源子系统与定向耦合器的第一端口连接,定向耦合器的第二端口与待测光栅网络连接,解调子系统与定向耦合器的第三端口连接;中心控制子系统与光源子系统和解调子系统均连接;光源子系统中包括至少一个分布式反馈激光管;待测光栅网络为时分/波分复用的传感网络,包括至少一条光纤,光纤上集成有至少两个光栅,光栅的反射率小于‑20dB,以满足目前光纤光栅分布式传感系统日益增长的探测需求。

技术研发人员:田恺;彭维英;王子渊
受保护的技术使用者:中铁第五勘察设计院集团有限公司
技术研发日:2019.09.24
技术公布日:2020.04.24
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