CN104614093A - 一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器 - Google Patents

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Abstract

一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，涉及光学领域。本发明是为了解决现有的大多数分布式传感器使用的是单模光纤，单模光纤中基模对弯曲敏感，当传感器局部某点弯曲过大时，将造成该点光信号迅速损失，导致其后传感光纤失效，并且传感器的传感距离短的问题。本发明所述的多模折射率渐变光纤的两端分别与两根单模光纤以对准方式熔接在一起。它可用在实际工程应用中。

Description

一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器
技术领域
本发明涉及一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器。属于光学领域。
背景技术
近年来，布里渊光时域分析仪作为分布式光纤传感技术领域典型代表受到了广泛的关注，与其他光纤传感仪器相比，布里渊光时域分析仪具有高空间分辨率、超远距离传感以及动态测量等优点，可以同时对温度和微应变等物理量进行高精度测量。由于光纤既作为传感器件又作为信号传输信道，以光信号作为传输信号，因此可以有效降低结构成本。这类传感仪器广泛用于输油管道检测、桥梁与建筑结构健康监测、长距离公路健康监测以及火灾报警等方面。此外，布里渊光时域分析仪还应用于海底或陆地高压电缆的温度和应变监测，地质灾害(比如山体滑坡、泥石流等)的分布式监测等，应用于特殊极端工作环境中。
分布式光纤传感器可以有效解决大型土木结构健康监测中的关键问题。然而，目前绝大多数分布式传感器使用的是单模光纤，在实际工程应用中，当传感器局部某点弯曲过大(大于临界弯曲半径)时，将造成该点光信号迅速损失，导致其后传感光纤失效，从而缩短了传感器的传感距离，限制了其性能和应用。
发明内容
本发明是为了解决现有的大多数分布式传感器使用的是单模光纤，单模光纤中基模对弯曲敏感，当传感器局部某点弯曲过大时，将造成该点光信号迅速损失，导致其后传感光纤失效，并且传感器的传感距离短的问题。现提供一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器。
一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，它包括一根多模折射率渐变光纤和两根单模光纤，多模折射率渐变光纤的两端分别与两根单模光纤以对准方式熔接在一起。
本发明的有益效果为：本发明采用一根多模折射率渐变光纤分别与两根单模光纤以对准方式熔接在一起，用以激发多模折射率渐变光纤中的基模，多模折射率渐变光纤中的基模对弯曲不敏感，具有抵抗大弯曲的能力，可以减小大弯曲造成的光信号损失，并且可以保持在光纤中长距离稳定传输，从而实现分布式布里渊光纤温度和应变传感。它可用在实际工程应用中。
本专利具有以下的优点：
1.本专利提出基于单模光纤-多模光纤-单模光纤对准方式熔接的弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，该方法可以稳定激发折射率渐变多模光纤中的基模。由于多模光纤中基模对弯曲不敏感，大大减小传感光纤在大弯曲下的光信号损失，从而实现弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器。
2.折射率渐变的多模光纤中的基模传输稳定，不易产生高阶模式，可以保持长距离的传输；光纤由石英制成，光纤损耗小，传感信号损耗小，从而可以实现弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器的原理示意图，
图2为一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤光时域分析仪装置原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，它包括一根多模折射率渐变光纤和两根单模光纤，多模折射率渐变光纤的两端分别与两根单模光纤以对准方式熔接在一起。
可以采用布里渊光时域分析仪对本实施方式所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器进行性能分析，所述布里渊光时域分析仪的原理参见图2所示，采用一台激光器1，通过光纤耦合器2分成的上支路光作为泵浦光，经过一号偏振控制器3调节偏振态后进入电光调制器4。在任意函数发生器5控制下，一号电光调制器4输出脉冲波形经过扰偏仪6扰乱偏振态后被一号掺铒光纤放大器7放大，经过光纤环形器14进入传感器13。
下支路提供探测光。经二号偏振控制器8调节偏振态后进入电光调制器9。二号电光调制器9的作用是将微波发生器10产生的微波信号加载到探测光上，在原载波光基础上产生频差为布里渊频移νB的上下边频光，其频率分别为ν0±νB，其中ν0为原激光器频率。经过光纤隔离器11和二号掺铒光纤放大器12放大后，进入传感器13，
泵浦光和探测光在传感器13中发生受激布里渊散射现象，产生的斯托克斯光经过一号环形器14进入二号环形器15，利用光纤布拉格光栅16滤出下边频(频率为ν0-νB)，再经过二号环形器15，进入光电探测器17转换成电信号，在示波器18上显示。
采用标准单模光纤与多模折射率渐变光纤对准熔接的传感器，可以激发多模光纤中的基模，并且多模折射率渐变光纤的长度为3千米以内，可以保持光信号在光纤中长距离稳定传输，测量光信号的范围大，精度高并且分辨率高。
激光器1为可调谐光纤激光器、分布反馈式半导体激光器(DFB)或者是保偏光纤输出。
使用单边带调制器产生边频光作为探测光。
采用可调谐滤波器虑出斯托克斯光。
采用差分探测器将光信号转换成电信号。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器作进一步说明，本实施方式中，所述多模折射率渐变光纤的长度为40千米以内。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器作进一步说明，本实施方式中，多模折射率渐变光纤的长度为50米。

Claims (3)

1.一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，其特征在于，它包括一根多模折射率渐变光纤和两根单模光纤，多模折射率渐变光纤的两端分别与两根单模光纤以对准方式熔接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，其特征在于，所述多模折射率渐变光纤的长度为40千米以内。
3.根据权利要求2所述的一种弯曲不敏感的分布式布里渊光纤温度和应变传感器，其特征在于，多模折射率渐变光纤的长度为50米。
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