CN101520346A - 一种光纤布拉格光栅温度探测*** - Google Patents

一种光纤布拉格光栅温度探测*** Download PDF

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饶云江
冉曾令
补冲
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Abstract

本发明涉及使用全同光纤光栅作为传感器进行温度探测的技术。本发明针对现有技术温度探测***不能空间定位的缺点，公开了一种成本相对较低、能进行空间定位的温度探测***。本发明的技术方案是，一种光纤布拉格光栅温度探测***，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光经环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长。本发明用于温度探测报警，特别适合对于温度的更密集的准分布式探测，节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，降低了探测成本。

Description

一种光纤布拉格光栅温度探测***
技术领域
本发明涉及准分布式光纤布拉格光栅温度探测***，特别涉及使用全同光纤光栅作为传感器进行温度探测以及使用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)技术定位的***
背景技术
光纤布拉格光栅(fiber Brag grating简写为：FBG)作为一种新型的传感器，具有良好的稳定性、可靠性、对电磁波的不敏感性、小尺寸、适于在高温、腐蚀性或危险性环境使用的优点。外界温度变化时，FBG的中心波长会漂移，通过探测中心波长的漂移来获得外界温度变化，从而可以实现火灾报警。通常的FBG温度传感***采用波分复用方式，使得波长资源被严重占用，同时波分复用方式，成本高，不能直接空间定位。然而，如果只需要温度报警，往往只需设置报警温度门限，而不需要知道具体温度。02115542.9号中国专利提出了一种利用宽带光源照射全同光栅，然后匹配滤波的方式实现温度报警的技术，成本低廉，缺点是宽带光源占用的带宽太多，并且不具有空间定位功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术上述缺点，提供一种成本相对较低、能进行空间定位的温度探测***。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种光纤布拉格光栅温度探测***，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光经环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；其特征在于：所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长；
具体的，任意2个FBG中心反射波长之差的绝对值≤20pm；
进一步的，所述FBG反射率低于10％；
进一步的，所述传感信号处理模块为OTDR处理模块，可以对背向散射光进行时域分析和处理；
优选的，当作为升温温度探测时，所述FBG中心反射波长小于所述传感激光波长；
优选的，当作为降温温度探测时，所述FBG中心反射波长大于所述传感激光波长；
进一步的，所述激光器发出的传感激光线宽≤0.1nm。
本发明的有益效果是，仅对一种波长解调，理论上传感器数量不受限制，特别适合对于温度的更密集的准分布式探测；节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，降低了探测成本。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
图2是分布单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明利用FBG的中心反射波长随温度的高低变化而变化的特点，温度升高，反射回来中心反射波长会向长波长方向移动；温度降低，反射回来中心反射波长会向短波长方向移动。本发明使用全同布拉格光纤光栅(简称全同光栅，即传感网中所有FBG的中心反射波长基本上相同，而且温度敏感特性一致，即温度发生变化，FBG的中心反射波长发生同样的变化)。相当于只对一种波长解调，理论上传感器数量不受限制，可以实现更密集的准分布式火灾探测，节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，进一步降低成本。
实施例
如图1所示，本例光纤布拉格光栅温度探测***，包括激光器、1譶耦合器以及n个分布单元构成的传感网(n≥1，为耦合器的分支数)。每个分布单元的结构包括环行器、FBG和传感信号处理模块，如图2所示。激光器发出的波长为λS的传感激光，经调制后以光脉冲的状态通过耦合器进入传感网。传感网中，所有FBG具有基本相同的中心反射波长λC。在每分布单元中，传感激光由环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块。当温度发生变化时，由于各个FBG所处区域温度不同，FBG中心反射波长移动大小不同，反射回来解调后的信号呈一定的梯形分布。波长移动最大的点温度最高，波长移动最小的点温度最低，脉冲信号被展宽。应用于火灾探测，由于只需要知道最高温度，检测出长波长方向的边缘所代表的温度的最大值，由这个值来判断火灾是否发生。利用OTDR处理模块，由此展宽的脉冲对应的时域的值，就能够计算出温度异常变化点的位置(距离)。
本例中激光器采用DFB(Distribute Feedback)激光器，具有高性能、低成本的特点。光源相对强度噪声低，传感激光波长λS＝1549.5nm，线宽≤0.1nm。本例***主要用于升温温度探测(温度超过设定值是，***发出报警)，传感网中FBG中心反射波长λC低于传感激光波长λS0.3～2nm，并要求任一FBG的中心反射波长λi满足：|λi—λC|≤20pm，可以保证各个FBG传感器的温度报警值差别在±1℃以内，进一步简化OTDR处理模块结构和提高传感器分布密度。由于FBG的高灵敏性，光源不需要放大即可送入到传感光纤，用以实现各种分布式传感。背向瑞利散射光的处理可以根据不同的探测要求决定，本例采用OTDR处理模块对背向散射光进行处理。每个分布单元的背向瑞利散射光分别进行处理，互不影响。
本发明不仅可以实现分布到用户的温度探测，实现防火功能。利用传感激光同样可以进行网络安全状况监测。其融合进接入网后，可以通过传感激光传输状态的测试来实现通信网络的安全状况分析。

Claims (7)

  1. 【权利要求1】一种光纤布拉格光栅温度探测***，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光由环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；其特征在于，所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，任意2个FBG中心反射波长之差的绝对值≤20pm。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1或2所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，所述FBG反射率低于10％。
  4. 【权利要求4】根据权利要求1、2或3所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，所述传感信号处理模块为OTDR处理模块，可以对背向散射光进行时域分析和处理。
  5. 【权利要求5】根据权利要求1～4任意一项所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，当作为升温温度探测时，所述FBG中心反射波长小于所述传感激光波长。
  6. 【权利要求6】根据权利要求1～4任意一项所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，当作为降温温度探测时，所述FBG中心反射波长大于所述传感激光波长。
  7. 【权利要求7】根据上述任意一项权利要求所述的一种光纤布拉格光栅温度探测***，其特征在于，所述激光器发出的传感激光线宽≤0.1nm。
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