CN101813496A - 一种融合光纤布拉格光栅传感器和拉曼传感器的传感*** - Google Patents

一种融合光纤布拉格光栅传感器和拉曼传感器的传感*** Download PDF

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冉曾令
饶云江
刘川
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Abstract

本发明公开了一种融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，包括光源1、环形器2、若干光纤布拉格光栅3、波分复用器4、耦合器5、斜坡滤波器6、第一光电探测器7、第二光电探测器8、第三光电探测器9、第四光电探测器10、第一除法器11、第二除法器12和传感信号响应处理模块13。本发明的有益效果：能实现温度和其他多个参量同时测量，用拉曼效应测一组温度参量，FBG测量其他参量，使得监测点更多，测量***精度更高。

Description

一种融合光纤布拉格光栅传感器和拉曼传感器的传感***
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤布拉格光栅(FBG)传感***与拉曼传感器融合的传感***。
背景技术
光纤布拉格光栅(FBG)是一种能反射特定波长的光纤滤波器，它的中心波长会随外界环境的温度、应力、压力等参量的变化而变化。根据这一原理，可以通过测量FBG波长的变化来测量外界环境物理量的变化。由于FBG具有成本低，加工简单，体积小等诸多优点，目前成为光纤传感器中应用最广泛的传感器。
单个FBG的工作线宽很窄，并且每次只能测量一个参量，如果需要多参量测量，就需要多个FBG，这严重影响FBG的容量。因此如何提高FBG的容量，使得温度和其他参量能同时测量是一个急待解决又悬而未决的难题。
光纤的拉曼散射效应是光纤本身固有的一种特性，光纤的散射效应早就被人们所认识，随着对其研究的不断深入，其应用前景越来越受到广泛的关注。利用拉曼散射效应研制的分布式光纤传感器，使用寿命长，光纤损耗小，且容易加工和敷设。
基于以上分析，如果能把上述两者融合起来，这将大大的解决FBG传感器温度和其他参量同时测量问题，可以在工程中实现多点的检测。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，该传感***能实现温度和其他参量同时检测。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于：
①包括光源1、环形器2、若干光纤布拉格光栅3、波分复用器4、耦合器5、斜坡滤波器6、第一光电探测器7、第二光电探测器8、第三光电探测器9、第四光电探测器10、第一除法器11、第二除法器12和传感信号响应处理模块13；
②信号经光源1进入环形器2，环形器2连接若干光纤布拉格光栅3和波分复用器4，所述波分复用器4将信号分为三路：第一路进入耦合器5又被分为两束，一束与斜坡滤波器6和第三光电探测器9相连，另一束直接进入第一光电探测器7，这两束信号都经过第一除法器11相除，再与传感信号响应处理模块13连接；第二路经过第二光电探测器8和第二除法器12后进入传感信号响应处理模块13；第三路经过第四光电探测器10和第二除法器12后也进入传感信号响应处理模块13。
按照本发明所提供的融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于，波分复用器(4)的三个通道的工作波长分别对应***所用光纤布拉格光栅(3)的中心波长减13THZ、光纤布拉格光栅(3)中心波长、光纤布拉格光栅(3)中心波长加13THZ。
按照本发明所提供的融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于所述斜坡滤波器6的斜坡波长范围覆盖光纤布拉格光栅3的中心波长变化范围。
本发明的工作原理为：激光光源经过调制后，经过环形器2送入到传感光纤，FBG反射的中心波长随外界温度或应力等变化而变化，可以实现传感，同时经过传感光纤的激光脉冲光会不断产生背向拉曼散射光波(即分别为Anti_Stokes和Stokes光)，Anti_Stokes光的的强弱随所在光纤散射点温度等参量的变化而变化，可以实现传感。
从FBG反射回来的传感信号和后向拉曼散射光波被波分复用器分成三路分别处理，一路进入1×2耦合器，另两路直接连接光电探测器，这两路信号通过除法器相除，然后通过传感信号响应处理模块处理后，通过分析时域反射波形，利用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer光时域反射计)原理，可得出后向拉曼散射光波光强变化发生的地点，分析除法器的结果，得出光强变化后的大小。进入1×2耦合器的那一路信号的又被耦合器分为两路，一路与斜坡滤波器和光电探测器相连，另一路直接连接光电探测器，这两路信号同样通过除法器相除，再与传感信号响应处理模块处理后，可得出FBG波长变化发生的地点，分析除法器的结果，得出波长变化后的大小，通过分析传感信号处理模块，分别算出温度和其它参量的值。
本发明的有益效果：只需简单的***就能实现温度和其他多个参量同时测量，用拉曼效应测一组温度参量，FBG测量其他参量，使得监测点更多，测量***精度更高。
附图说明
图1是本发明的***框图。
其中，1、光源，2、环形器，3、若干光纤布拉格光栅，4、波分复用器，5、耦合器，6、斜坡滤波器，7、第一光电探测器，8、第二光电探测器，9、第三光电探测器，10、第四光电探测器，11、第一除法器，12、第二除法器，13、传感信号响应处理模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，激光光源产生的脉冲光，经过环形器送入到传感光纤，进入FBG(假设FBG波长为1550nm，反射率＞90％)，从FBG反射回来的传感信号和后向拉曼散射光波被波分复用器(波分复用器的工作波长为1450nm/1550nm/1665nm)分成三路分别处理，波长为1550nm的光进入1×2耦合器，另两路(波长为1450nm/1665nm)直接连接光电探测器，这两路信号通过除法器相除，然后通过传感信号响应处理模块处理后，通过分析时域反射波形，利用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer光时域反射计)原理，可得出后向拉曼散射光波光强变化发生的地点，分析除法器的结果，得出光强变化后的大小。进入1×2耦合器的那一路信号的又被耦合器分为两路，一路与斜坡滤波器和光电探测器相连，另一路直接连接光电探测器，这两路信号同样通过除法器相除，再与传感信号响应处理模块处理后，可得出FBG波长变化发生的地点，分析除法器的结果，得出波长变化后的大小，通过分析传感信号处理模块，分别算出温度和其它参量的值。

Claims (3)

1.一种融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于：
①包括光源(1)、环形器(2)、若干光纤布拉格光栅(3)、波分复用器(4)、耦合器(5)、斜坡滤波器(6)、第一光电探测器(7)、第二光电探测器(8)、第三光电探测器(9)、第四光电探测器(10)、第一除法器(11)、第二除法器(12)和传感信号响应处理模块(13)；
②信号经光源(1)进入环形器(2)，环形器(2)连接若干光纤布拉格光栅(3)和波分复用器(4)，所述波分复用器(4)将信号分为三路：第一路进入耦合器(5)又被分为两束，一束与斜坡滤波器(6)和第三光电探测器(9)相连，另一束直接进入第一光电探测器(7)，这两束信号都经过第一除法器(11)相除，再与传感信号响应处理模块(13)连接；第二路经过第二光电探测器(8)和第二除法器(12)后进入传感信号响应处理模块(13)；第三路经过第四光电探测器(10)和第二除法器(12)后也进入传感信号响应处理模块(13)。
2.根据权利要求1所述的融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于，波分复用器(4)的三个通道的工作波长分别对应***所用光纤布拉格光栅(3)的中心波长减13THZ、光纤布拉格光栅(3)中心波长、光纤布拉格光栅(3)中心波长加13THZ。
3.根据权利要求1所述的融合光纤布拉格光栅传感与拉曼传感器的传感***，其特征在于所述斜坡滤波器(6)的斜坡波长范围覆盖光纤布拉格光栅(3)的中心波长变化范围。
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