一种采用光纤耦合器的激光传感器频分复用装置，涉及光纤传感测量，本发明专利技术为了解决现有的多位置测量性价比低以及泵浦光转换效率低问题，本发明专利技术包括泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器、光电探测器、1*M耦合器、检测单元和M个多纵模环形腔激光传感器，多纵模环形腔激光传感器包括环形结构、光纤耦合器和光纤光栅，泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器依次串接在光路中，波分复用器的光输出端与1*M耦合器的光输入端连通，M个多纵模环形腔激光传感器的光输入端同时与1*M耦合器连通，波分复用器的传感信号的输出端与光电探测器的传感信号的输入端连通，光电探测器的检测信号的输出端与检测单元连通。本发明专利技术适用于多位置实时监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感测量
，它涉及动态物理量监测、多位置实时监测的分布式传感领域。
技术介绍
G.A.Ball首先提出拍频解调这个概念，它利用一个短腔、单频的光纤光栅激光器里面存在的两个正交拍频模式，通过测量两束正交偏振激光干涉产生的拍频信号频率，得到应力与拍频频率漂移响应为-4.1MHz/με。随后J.T.Kringlebotn利用作用在有源光纤上的横向压力可以改变腔内正交偏振激光波长，从而改变拍频信号的频率，实现了对压力的测量，并且消除了温度对测量的影响。O.Hadeler利用铒钇共掺偏振激光器也实现了温度和应力的同时测量，并给出了理论解释。光纤激光传感器特别是光纤光栅激光传感器是在普通无源光纤光栅传感器的基础上，将光纤光栅写到有源光纤上或者写入到两光纤光栅之间，形成有效的，具有增益性质的激光谐振腔。当外界物理量发生变化时，出射的激光波长、偏振或者模式发生相应变化，通过检测这些激光参量的变化，即可实现测量监测物理量的目的。光纤激光传感器具有价格低廉、轻便、耐酸碱、抗腐蚀和抗电磁干扰等优良特性。按照激光传感器的检测方式不同，目前主要分为相位型激光传感器和偏振型激光传感器。光纤干涉型激光传感器虽然有超高的精度，但是它需要一套复杂的光学干涉设备去完成波长到相位的转换。理论上，臂长差越大，波长－相位的响应越大，在相位解调装置的相位分辨率一定的情况下，精度就越高。但是事实却经常与之相反，较长的臂长差也耦合进了更多的环境噪声，使得激光传感器的精度降低。因此实际上，这种干涉解调仪的理论精度很难实现，除非超高精度的温度控制装置被用来控制干涉仪周围的温度场分布，但是这样大大增加了系统的造价。光纤偏振型激光传感器给出了一个新的思路，一般光纤非理想圆形，短的光纤激光器一般会产生两个正交的偏振光，这两个光在光纤激光腔内的光程不同，导致两束激光有两个不同的波长。由于它们是在同一激光腔内形成的两束正交偏振激光，所以他们之间有很好的相干性。利用光纤偏振器与两正交偏振光成45度角方向将两束光相干叠加，通过检测相干产生的拍频信号的频率漂移得到传感信息。利用多纵模光纤激光传感器的优良性能，结合动态拍频解调技术可实现低成本、结构简单、具有动态解调能力的高性能传感器。期刊optics communication在2013年刊登了“Simultaneous measurement of strain and temperature with a multi-longitudinal mode erbium-doped fiber laser”提出利用多纵模掺铒光纤激光传感器进行应力和温度的同时测量。利用多纵模光纤激光传感器对温度和腔长变化的交叉敏感，实现对温度和应变同时测量。公开号为CN102003970的中国专利“光纤激光器动态信号解调方法”提出电子拍频解调方式实现模式间产生拍频信号的解调，实现传感信号的动态解调能力。公开号为CN102636203的中国专利“一种基于双波长拍频技术的光纤光栅传感解调装置”提出一种基于双波长拍频技术的光纤传感解调装置，利用光栅制作的法布里-珀罗腔，结合可调谐带通滤波器，实现单纵模或多纵模环腔激光传感器的解调，克服现有基于拍频技术的传感器的需要在单纵模的条件解调的限制。公开号为CN102706375的中国专利“光纤-无线混合式传感监测系统”提出结合环形腔多纵模光纤激光传感器和无线传感技术的混合式传感单点检测系统。光纤激光传感技术被广泛应用于压力、折射率、化学及生物溶液的浓度、温度等物理量测量上。但是由于实际需要的是多位置物理量测量，而且要求实时性，这就需要多个多纵模环形腔激光传感器，而每一个多纵模环型腔激光传感器对应需要一个光源及一套解调光路，结果在多位置实时测量中需要多个光源及解调光路，造成成本高且资源的大量浪费。多纵模环型腔激光传感器由于只用一个光纤光栅作为选波器件，并结合3dB耦合器实现谐振腔制作，这简化了多纵模环型腔激光传感器的制作难度，降低了信号由于额外的相位匹配和波长谐振匹配引入的噪声，提高了信噪比，削弱了四波混频噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有多位置测量中需要多个多纵模环形腔激光传感器，而每一个多纵模环形腔激光传感器对应需要一个光源及解调光路，这造成其使用成本高和资源浪费的问题，提供一种基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置。基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置，它包括泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器、光电探测器、1*M耦合器、检测单元和M个多纵模环形腔激光传感器，M为大于1的整数，多纵模环形腔激光传感器包括环形结构、光纤耦合器和光纤光栅，环形结构的两个端口同时与光纤耦合器连通，光纤耦合器与光纤光栅依次串接在光路中，泵浦光源、光纤隔离器、波分复用器依次串接在光路中，波分复用器的光输出端与1*M耦合器的光输入端连通，M个多纵模环形腔激光传感器的光输入端同时与1*M耦合器连通，波分复用器的传感信号的输出端与光电探测器的传感信号的输入端连通，光电探测器的检测信号的输出端与检测单元的检测信号的输入端连通。本专利技术通过一个光源及解调光路实现了同时获取M个多纵模环形腔激光传感器传感信号的输出，实现了M个传感探头的复用。解决了现有单个多纵模环形腔激光传感器无法同时获知多位置物理量，且多个多纵模环形腔激光传感器需要多个光源及解调光路的问题。实现多传感器并联复用，每个传感器独立测量，提高激光带宽的利用率，实现传感器超长距离监测、多位置实时监测以及信号位置快速定位的能力。降低了应用传感器阵列的成本，使传感技术的应用更加经济实用。将3dB耦合器的两个50%输出端连接构成环形结构，并以此环形结构和光纤光栅构成谐振腔的两个腔镜。由于采用单光栅结构，减少了传统的双光栅传感器中光栅之间的相位匹配和波长谐振噪声，进一步提高信噪比。同时无需制作两个参数一致光栅，降低了制作难度，进一步提升了激光传感器的实用性。专利技术重点在提出一种基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置，装置中的传感器为利用3dB耦合器、掺铒光纤和光纤光栅构成的多纵模环形腔激光传感器。利用传感器产生的多个纵模干涉形成拍频信号作为传感复用信号，解调方式为全电子拍频解调。将多纵模环形腔激光传感器产生的拍频信号通过光电探测器直接转换为电子拍频信号，利用频谱分析仪检测多纵模环形腔激光传感器的拍频频率。不同多纵模环形腔激光传感器是由有效谐振腔长来区别的，不一致的有效谐振腔长导致不同多纵模环形腔激光传感器的拍频频率间隔不一致，即利用频率间隔不同实现区分和定位传感器目的，实现频分复用。该装置的频率间隔设定可以通过改变多纵模环形腔激光传感器谐振腔的有效长度来实现，这使得多纵模环形腔激光传感器拥有更好的环境适应能力，可根据实际需要改变腔长，进一步提升多位置探测的能力。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为具体实施方式一中多纵模环形腔激光传感器的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置，它包括泵浦光源1、光纤隔离器2、波分复用器3、光电探测器4、1*M耦合器5、检测单元7和M个多纵模环形腔激光传感器6，M为大于1的整数，多纵模环形本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置的工作方法，其特征在于，所述频分复用装置包括泵浦光源(1)、光纤隔离器(2)、波分复用器(3)、光电探测器(4)、1*M耦合器(5)、检测单元(7)和M个多纵模环形腔激光传感器(6)，M为大于1的整数，多纵模环形腔激光传感器(6)包括环形结构(6‑1)、光纤耦合器(6‑2)和光纤光栅(6‑3)，环形结构(6‑1)的两个端口同时与光纤耦合器(6‑2)连通，光纤耦合器(6‑2)与光纤光栅(6‑3)依次串接在光路中，泵浦光源(1)、光纤隔离器(2)、波分复用器(3)依次串接在光路中，波分复用器(3)的光输出端与1*M耦合器(5)的光输入端连通，M个多纵模环形腔激光传感器(6)的光输入端同时与1*M耦合器(5)连通，波分复用器(3)的传感信号的输出端与光电探测器(4)的传感信号的输入端连通，光电探测器(4)的检测信号的输出端与检测单元(7)的检测信号的输入端连通；环形结构（6‑1）是利用3dB光纤耦合器（6‑2）的两个50%输出端通过普通光纤连接构成，3dB光纤耦合器（6‑2）输入端通过普通光纤连接于光纤光栅（6‑3）上，以此构成多纵模环形腔激光传感器（6）；所述的工作方法，包括：泵浦光源提供光功率达到多纵模传感器阈值时，多纵模环形腔激光传感器（6）将输出1550nm波段激光，激光携带多纵模环形腔激光传感器（6）的传感信息，以此实现信息传感和传递目的，调节多纵模环形腔激光传感器（6）谐振腔长度，实现设定M个多纵模环形腔激光传感器（6）拍频信号频率间隔目的，利用拍频频率间隔差异表征不同传感器的测量信息，实现多路传感器复用。...
【技术特征摘要】
1.基于拍频技术的多纵模环形腔激光传感器频分复用装置的工作方法，其特征在于，所述频分复用装置包括泵浦光源(1)、光纤隔离器(2)、波分复用器(3)、光电探测器(4)、1*M耦合器(5)、检测单元(7)和M个多纵模环形腔激光传感器(6)，M为大于1的整数，多纵模环形腔激光传感器(6)包括环形结构(6-1)、光纤耦合器(6-2)和光纤光栅(6-3)，环形结构(6-1)的两个端口同时与光纤耦合器(6-2)连通，光纤耦合器(6-2)与光纤光栅(6-3)依次串接在光路中，泵浦光源(1)、光纤隔离器(2)、波分复用器(3)依次串接在光路中，波分复用器(3)的光输出端与1*M耦合器(5)的光输入端连通，M个多纵模环形腔激光传感器(6)的光输入端同时与1*M耦合器(5)连通，波分复用器(3)的传感信...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：充梦霞，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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