專利名稱：一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖光柵是沿光纖軸向在纖芯內(nèi)形成周期性折射率調(diào)制分布的一種光纖無源器件，其以靈敏度高、質(zhì)量輕、體積小、易于陣列、能波長編碼、無輻射、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，成為傳感器領(lǐng)域的新寵?；贔BG(Fiber BraggGrating Sensor、光纖布拉格光柵) 的傳感器系統(tǒng)是一種準(zhǔn)分布式的傳感系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下對(duì)溫度、壓力、形變等參數(shù)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測，在安全監(jiān)測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，成為傳感技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展的前沿課題。在保證系統(tǒng)空間分辨率的前提下，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模準(zhǔn)分布式的測量，要求FBG必須復(fù)用。關(guān)于FBG復(fù)用，現(xiàn)有技術(shù)中公開了包括WDM(Wavelength DivisionMultiplexing, 波分復(fù)用)(見 Jackson D A, Simple multiplexing scheme for afibre-optic grating sensor network, Opt. Lett. 18 等)、TDM(Time DivisionMultiplex、時(shí)分復(fù)用)(見 Weis R S, A four-element fibre grating sensor array withphase-sensi tive detection, IEEE Photon. Technol. Lett. 6 等)、SDM(SpaceDivision Multiplexing、空分復(fù)用)(見 Rao Y J. Spatially-multiplexed fibre—opticBragg grating strain and temperature sensor system based on interferometricwavelength-shift detection, Electron. Lett.31等)以及這三種之間的組合，比如串聯(lián)形式的WDM+TDM方案(見Davis M A, Structure strain mapping using awave1ength/1ime division addressed fibre Bragg grating array,Proc. 2nd Euro. Conf. on Smart Structures and Materials (SPIE)) > 形式的WDM+SDM(見Rao Y J. Simultaneous spatial,and time and wavelength division multiplexed in-fibre gratingsensing network, Opt. Commun. 125 等)> SDM+TDM(見 Rao Y J, Strain sensingof modem composite materials with a spatial/wavelength multiplexed fibre gratingnetwork, Opt. Lett. 21 等)以及它們?nèi)N形式的組合 (SDM+TDM+WDM)(見Rao Y J,Combined spatial-and time-division-multiplexing scheme for fibre gratingsensors with drift-compensated phase-sensitive detection, Opt. Lett. 20等)；專利號(hào)為200610170216.8的發(fā)明專利描述的全并行光纖光柵溫度傳感方法及其系統(tǒng)，其通過加入延時(shí)光纖和分路器，實(shí)現(xiàn)了空分和波分的復(fù)用，專利號(hào)為 200610009939. X 的發(fā)明專利描述的基于 CPLD(Complex Programmable LogicDevice、復(fù)雜可編程邏輯器件)的時(shí)分復(fù)用光纖光柵傳感系統(tǒng)，通過引入延時(shí)光纖以提高系統(tǒng)的復(fù)用度，并采用CPLD來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的解調(diào)。專利號(hào)為200910243040. 8提出一種TDM+WDM+SDM的方案，通過不同中心波長光柵的串聯(lián)、延時(shí)光纖、光分路器等的引入以實(shí)現(xiàn)復(fù)用。因其延時(shí)光纖只在整個(gè)傳感系統(tǒng)的起始端，故而無法實(shí)現(xiàn)多段光纖傳感鏈路的串聯(lián)，限制了其傳感器的復(fù)用數(shù)量，另外，延時(shí)鏈路的引入，降低了整個(gè)傳感鏈路的傳感長度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及空分復(fù)用合并，并通過二階拉曼放大對(duì)信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)從而實(shí)現(xiàn)精確傳感的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。為解決上述技術(shù) 問題，本發(fā)明提出、一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，包括通過環(huán)形器入端口發(fā)射光源信號(hào)進(jìn)入多路光纖光路的脈沖光源以及通過所述環(huán)形器出端口接收并解調(diào)反射信號(hào)的光譜儀，所述光纖光路由等間距排列的FBG傳感光路及延時(shí)光路間隔排列組成，多路所述光纖光路之間可互相切換。優(yōu)選的，所述光纖光路包括多組相同的所述傳感光路以及多組相同的所述延時(shí)光路，所述傳感光路和所述延時(shí)光路等長且等間距排列。優(yōu)選的，所述FBG的中心波長不相等。優(yōu)選的，在與所述光源信號(hào)傳導(dǎo)垂直的方向，多組光纖光路上所述TOG交錯(cuò)排列。優(yōu)選的，“多路所述光纖光路間可互相切換”是通過連接在所述光纖光路首端和末端的兩組光開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的，前向拉曼泵浦源通過第一 WDM連接所述多路光纖光路并對(duì)進(jìn)入多路所述光纖光路的光源信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。優(yōu)選的，后向拉曼泵浦源通過第二 WDM連接所述多路光纖光路并對(duì)所述反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。優(yōu)選的，前向拉曼泵浦源通過第一 WDM、第一 FBG連接所述多路光纖光路，后向拉曼泵浦源通過第二 WDM、第二 FBG連接所述多路光纖光路對(duì)所述光源信號(hào)和所述反射信號(hào)進(jìn)行二次拉曼放大。優(yōu)選的，所述光譜儀解調(diào)出傳感信息并傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，所述計(jì)算機(jī)連接所述光陣列開關(guān)并控制所述光陣列開關(guān)的掃描方式和時(shí)間。有益效果本發(fā)明將波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及空分復(fù)用合并，通過二階拉曼放大對(duì)信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)，有效增加本發(fā)明的復(fù)用度，提高其空間分辨率，很大程度上解決了其在大規(guī)模監(jiān)測中遇到的困難。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提出的一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2提出的一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3提出的一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例4提出的一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例5提出的一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖中1、脈沖光源；2、光譜儀；3、環(huán)形器；41、第一 WDM ;42、第二 WDM ;5、光開關(guān)陣列；51、 端口 ；52、端口 ；61、前向拉曼泵浦源；62、后向拉曼泵浦源；71、第一 FBG ;72、第二 FBG ;8、計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，參照?qǐng)D1，本實(shí)施例提出一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，包括通過環(huán)形器3的入端口發(fā)射光源信號(hào)進(jìn)入多路光纖光路的脈沖光源1以及通過環(huán)形器3出端口接收并解調(diào)反射信號(hào)的光譜儀2，光纖光路由等間距排列的FBG傳感光路《及延時(shí)光路坊‘間隔排列組成，多路光纖光路之間可以互相切換。“多路光纖光路間可互相切換”是通過連接在光纖光路首端和末端的兩組光開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例2，參照?qǐng)D2，優(yōu)選的，前向拉曼泵浦源61通過第一 WDM41連接多路光纖光路并對(duì)進(jìn)入多路光纖光路的光源信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。

實(shí)施例3，參照?qǐng)D3，優(yōu)選的，后向拉曼泵浦源62通過第一 WDM42連接多路光纖光路并對(duì)進(jìn)入多路光纖光路的光源信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。實(shí)施例4，參照?qǐng)D4，優(yōu)選的，前向拉曼泵浦源61通過第一 WDM41、第一 FBG71連接多路光纖光路后向拉曼泵浦源62通過第二 WDM42、第二 FBG72連接多路光纖光路對(duì)光源信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行二階拉曼放大。實(shí)施例5，參照?qǐng)D5，公開一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，脈沖光源1和光譜儀2分別連接環(huán)形器3的1端口和3端口，環(huán)形器3的2端口以及前向拉曼泵浦源61連接第一 WDM41的輸入端，第一 WDM41的輸出端通過第一 FBG71連接光開關(guān)陣列5的輸入端51，后向拉曼泵浦源62連接第二 WDM42的輸入端，第二 WDM42的輸出端通過第二 FBG72連接光開關(guān)陣列5的另一個(gè)輸入端52。計(jì)算機(jī)8連接光譜儀3以及控制連接光開關(guān)陣列5。第一 FBG71 和第二 FBG72間設(shè)有由光開關(guān)陣列5控制的光纖光路。光開關(guān)陣列5控制的光纖光路包括多條，每一條光纖光路被等間距分成2N 段，N的值由傳感距離和空間分辨率共同決定，上述光纖光路分別由N段等距離的傳
感光路S;和ν段等距離的延時(shí)光路坊間隔組成，也即[AA1,片，A2,…,礦,A"]或者,其中，傳感光路《由等間距排列的FBG組成，上述等間距排列的
FBG的中心波長互不相等，其中，相鄰兩個(gè)FBG的中心波長相差2 3nm，傳感器的數(shù)量η由
傳感系統(tǒng)的帶寬W、中心波長間隔J共同決定，遵循公式《 = + l，如果要求系統(tǒng)的空間
分辨率為R，光開關(guān)為2M路，則傳感鏈路和延時(shí)鏈路的長度Lm = RXnXM，相鄰兩個(gè)FBG的間距1 = RXM。在整個(gè)系統(tǒng)的布設(shè)上，為保證系統(tǒng)的空間分辨率和響應(yīng)時(shí)間，優(yōu)選將 [^d,W2,A2,···，礦，Aw]和間隔開來，即可以選擇將接光開關(guān)陣列5的奇數(shù)端口，而將[辟⑷，烤，對(duì)，…，^^]接光開關(guān)陣列5的偶數(shù)端口。另外，為了使FBG錯(cuò)開，保證其不重疊，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布設(shè)時(shí)，需要使每一條 [《,對(duì)’片，烤，…，礦力/^光纖光路和！^丨，砍烤，片，…，乃廣^^光纖光路的起點(diǎn)不同，彼此保證至少相差一個(gè)空間分辨率R的距離，因?yàn)?，?duì)于一條傳感光路，只要保證起點(diǎn)的不同，就可以避免不同光纖光路中FBG位置的重疊，所以，只要讓每條光纖光路的起始段《或 A1起點(diǎn)不同就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)光纖光路的不重疊。如下提供兩種簡單的排列方式以滿足上述要求
對(duì)于一個(gè)有2M條光纖光路，每小段有η個(gè)FBG，空間分辨率為R的傳感系統(tǒng)，傳感光路Si或者延時(shí)光路Di選擇相同的參考點(diǎn)作為起點(diǎn)，其起始段可以以下方式排列
權(quán)利要求
1.一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，包括通過環(huán)形器(3)入端口發(fā)射光源信號(hào)進(jìn)入多路光纖光路的脈沖光源(1)以及通過所述環(huán)形器(3)出端口接收并解調(diào)反射信號(hào)的光譜儀 (2)，其特征在于所述光纖光路由等間距排列的FBG傳感光路及延時(shí)光路間隔排列組成，多路所述光纖光路之間可互相切換。
2.如權(quán)利要求1所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光路包括多組相同的所述傳感光路以及多組相同的所述延時(shí)光路，所述傳感光路和所述延時(shí)光路等長且等間距排列。
3.如權(quán)利要求1所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述FBG的中心波長不相等。
4.如權(quán)利要求1所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，在與所述光源信號(hào)傳導(dǎo)垂直的方向，多組光纖光路上所述FBG交錯(cuò)排列。
5.如權(quán)利要求1所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)其特征在于，“多路所述光纖光路間可互相切換”是通過連接在所述光纖光路首端和末端的兩組光開關(guān)陣列(5)實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，前向拉曼泵浦源(61)通過第一WDM (41)連接所述多路光纖光路并對(duì)進(jìn)入多路所述光纖光路的光源信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。
7.如權(quán)利要求5所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，后向拉曼泵浦源(62)通過第二WDM(42)連接所述多路光纖光路并對(duì)所述反射信號(hào)進(jìn)行拉曼放大。
8.如權(quán)利要求5所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，前向拉曼泵浦源 (61)通過第一 1011(41)、第一？86(71)連接所述多路光纖光路，后向拉曼泵浦源(62)通過第二 1011(42)、第二？86(72)連接所述多路光纖光路對(duì)所述光源信號(hào)和所述反射信號(hào)進(jìn)行二階拉曼放大。
9.如權(quán)利要求1所述一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜儀(2)解調(diào)出傳感信息并傳輸至計(jì)算機(jī)(8)進(jìn)行顯示，所述計(jì)算機(jī)(8)連接所述光陣列開關(guān)(5)并控制所述光陣列開關(guān)(5)的掃描方式和時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，包括通過環(huán)形器入端口發(fā)射光源信號(hào)進(jìn)入多路光纖光路的脈沖光源以及通過環(huán)形器出端口接收并解調(diào)反射信號(hào)的光譜儀，光纖光路由等間距排列的FBG傳感光路及延時(shí)光路間隔排列組成，多路光纖光路之間可互相切換。本發(fā)明將波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及空分復(fù)用合并，通過二階拉曼放大對(duì)信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)，有效增加本發(fā)明的復(fù)用度，提高其空間分辨率，很大程度上解決其在大規(guī)模監(jiān)測中遇到的困難。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102183267SQ20111005797
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者張?zhí)锘? 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)通電纜有限公司