一种光纤环传感系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤环传感系统及实现方法。光纤环传感系统包括脉冲光源、至少一个光纤环、至少一个传感头和数据处理装置；传感头设置在光纤环的预设位置，脉冲光源与光纤环输入端耦合连接，光纤环输出端与数据处理装置连接；数据处理装置用于接收和处理光纤环的输出信号，并输出测量结果。本发明专利技术实施例的技术方案，通过测量脉冲激光在光纤环循环的衰荡信号，解决了传统强度型光纤传感器容易受光源稳定性的影响的问题，达到了高精度、高灵敏度的压力、温度等的测量的效果。

An optical fiber ring sensing system and its implementation

The invention discloses an optical fiber ring sensing system and a method for realizing it. Fiber optic ring light source, at least one fiber ring and at least one sensing head and a data processing device sensing system comprises a pulse sensing head is arranged in a preset position; fiber loop, pulse light source is connected with the input end of the fiber ring coupling, fiber loop output and data processing device; data processing device for receiving and processing of optical fiber ring the output signal, and outputs the results. The technical proposal of the invention, by measuring the pulse laser in the optical fiber loop ringdown signal ring, to solve the traditional fiber sensor is easily affected by light source stability problems, achieve high precision measurement and high sensitivity pressure, temperature and other effects.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤环传感系统及实现方法
本专利技术实施例涉及光纤传感技术，尤其涉及一种光纤环传感系统及实现方法。
技术介绍
光纤传感技术是20世纪70年代随着光纤技术的发展而迅速发展起来的一项技术，与传统机械与电气类传感器相比，光纤传感器具有结构简单、灵敏度高、不受电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、体积小、成本低等许多优点，现已在国防军事、航空航天、石油化工、电力工业等各个领域得到了广泛的应用。光纤传感技术的基本原理是利用物理或化学效应调制光纤的传输特性，引起光纤中光波的强度、相位、频率、偏振态等物理量的变化，通过测量这些物理量的变化反映出所测物理量变化情况。其中强度型光纤传感器因其结构简单、成本低等突出优点，得到了广泛的研究，但传统强度型光纤传感器容易受光源稳定性的影响，限制了此类光纤传感器的推广和应用。本专利技术实施例提供一种光纤环传感系统，相对于传统强度型光纤传感器，具有不受光源功率稳定性影响、实时性好、易于复用、灵敏度高等优点。
技术实现思路
本专利技术提供一种光纤环传感系统，具有不受光源功率稳定性影响、实时性好、易于复用、灵敏度高等优点，以实现高精度、高灵敏度的压力、温度等的测量。第一方面，本专利技术实施例提一种光纤环传感系统，包括脉冲光源、至少一个光纤环、至少一个传感头和数据处理装置；所述传感头设置在所述光纤环的预设位置，所述脉冲光源与所述光纤环输入端耦合连接，所述光纤环输出端与所述数据处理装置连接；所述数据处理装置用于接收和处理所述光纤环的输出信号，并输出测量结果。进一步的，所述脉冲光源为主动锁模或被动锁模激光器。进一步的，所述脉冲光源为主动锁模或被动锁模光纤激光器。进一步的，所述脉冲光源的工作波长为1520-1590nm。进一步的，所述脉冲光源输出的脉冲宽度与光速的乘积小于所述光纤环长度的1/50。进一步的，所述光纤环包括第一光纤分束器OC1、第二光纤分束器OC2；所述OC1的输入端与所述OC2的输入端连接，所述OC1的第一输出端与所述OC2的第一输出端连接，所述OC1的第二输出端与所述OC2的第二输出端分别作为所述光纤环的输入端与输出端。进一步的，所述OC1与所述OC2相同，都为分光比大于90：10的单端输入双端输出光纤分束器。进一步的，所述数据处理装置包括光电探测器、示波器和计算机；所述光电探测器用于将所述光纤环输出的光信号转换成电信号；所述示波器用于采集所述电信号，并生成数据；所述计算机用于分析处理所述数据，并输出测量结果。进一步的，所述传感头为光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、法布里-珀罗光纤腔、光纤微弯器、单模光纤中的一种。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种光纤环传感系统实现方法，所述方法包括：一束脉冲激光从脉冲光源产生，入射进光纤环；所述脉冲激光在所述光纤环多次循环产生脉冲衰荡信号；部分所述脉冲衰荡信号由所述光纤环输出端输出，并被数据处理装置采集并输出结果。附图说明图1是本专利技术实施例一中的光纤环传感系统结构示意图；图2是本专利技术实施例一中的光纤环输出脉冲衰荡示意图；图3是本专利技术实施例一中的光纤环结构示意图；图4是本专利技术实施例二中的光纤环传感系统实现方法流程示意图；图5是本专利技术实施例三中的光纤环传感系统测量压力的结构示意图；图6是本专利技术实施例三中的压力测量结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的光纤环传感系统结构示意图，该传感系统包括脉冲光源110、至少一个光纤环120、至少一个传感头130和数据处理装置140；传感头130设置在光纤环120的预设位置，脉冲光源110与光纤环120输入端耦合连接，光纤环120输出端与数据处理装置140连接；数据处理装置140用于接收和处理光纤环120的输出信号，并输出测量结果。其中，脉冲光源110可以为脉冲激光器，用于输出脉冲激光。光纤环120可以由两个光纤分束器形成，且包括输入端和输出端，脉冲激光从光纤环120的输入端输入到光纤环120，由于脉冲激光每在光纤环120中循环一次传输都会产生一个固定衰减，多次循环会形成指数衰减，即脉冲激光在光纤环120中产生衰荡信号，如图2所示为光纤环120输出脉冲衰荡的示意图。传感头130设置在光纤环120的预设位置处，传感头130和光纤环120形成光纤环传感系统的传感器结构，当传感头130受到例如压力等待测物理量作用时，会给光纤环120带来附加损耗，进而使光纤环120输出端输出的衰荡信号发生变化，数据处理装置140连接光纤环120的输出端，可以接收输出的光信号，采集数据并输出待测量物理量的结果。本实施例的技术方案，通过测量脉冲激光在光纤环循环的衰荡信号，解决了传统强度型光纤传感器容易受光源稳定性的影响的问题，达到了高精度、高灵敏度的压力、温度等的测量的效果。进一步的，脉冲光源110可以是主动锁模或被动锁模激光器。优选的，脉冲光源可以在主动锁模或被动锁模光纤激光器，用主动锁模或被动锁模光纤激光器的好处在于可以更方便地将脉冲激光耦合进入光纤环120。可以理解的是，主动锁模可以用电光调制或声光调制等方式实现，被动锁模可以利用非线性偏振旋转、半导体可饱和吸收镜、石墨烯、碳纳米管等常用的锁模原理实现，本领域技术人员可以根据条件灵活选择。进一步的，脉冲光源110的工作波长可以为1520-1590nm。可以理解的是，形成光纤环120所用的光纤可以使用通信用普通单模光纤，激光器可以选用掺铒光纤激光器，其在1520-1590nm范围内有较大增益，且此波长范围的激光在光纤中固有损耗较小。进一步的，脉冲光源110输出的脉冲宽度与光速的乘积小于光纤环120长度的1/50。可以理解的是，脉冲宽度指的是脉冲激光在时域上的持续时间，光速指的是光在光纤中传播的速度。脉冲宽度必须小于激光在光纤环120循环一周的时间，才能避免脉冲之间的干扰，优选的，脉冲宽度的乘积小于光纤环长度的1/50。举例来说，假如脉冲宽度为1ns，由于光纤中的光速约为2×108m/s，则光纤环的长度应该大于10m。进一步的，光纤环120包括第一光纤分束器OC1、第二光纤分束器OC2；OC1的输入端与OC2的输入端连接，OC1的第一输出端与OC2的第一输出端连接，OC1的第二输出端与OC2的第二输出端分别作为光纤环的输入端与输出端。优选的，OC1与OC2相同，都为分光比大于90：10的单端输入双端输出光纤分束器。图3所示为光纤环120结构示意图，光纤环120的预设位置处设置有传感头130。可以理解的是，为了使光纤环120长度满足要求，可以在OC1和OC2之间增加单模光纤，即能做出任意长度满足实验条件的光纤环120。OC1和OC2也可以为双端输入双端输出光纤分路器，使用时两个光纤分束器各有一端闲置。为了减小光纤环120的固有损耗，OC1和OC2优选分光比大于90：10。进一步的，数据处理装置140包括光电探测器、示波器和计算机；光电探测器用于将光纤环120输出的光信号转换成电信号；示波器用于采集电信号，并生成数据；计算机用于分析处理所述数据，并输出测量结果。可以理解的是，光纤环1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤环传感系统，其特征在于，包括脉冲光源、至少一个光纤环、至少一个传感头和数据处理装置；所述传感头设置在所述光纤环的预设位置，所述脉冲光源与所述光纤环输入端耦合连接，所述光纤环输出端与所述数据处理装置连接；所述数据处理装置用于接收和处理所述光纤环的输出信号，并输出测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种光纤环传感系统，其特征在于，包括脉冲光源、至少一个光纤环、至少一个传感头和数据处理装置；所述传感头设置在所述光纤环的预设位置，所述脉冲光源与所述光纤环输入端耦合连接，所述光纤环输出端与所述数据处理装置连接；所述数据处理装置用于接收和处理所述光纤环的输出信号，并输出测量结果。2.根据权利要求1所述的光纤环传感系统，其特征在于，所述脉冲光源为主动锁模或被动锁模激光器。3.根据权利要求1所述的光纤环传感系统，其特征在于，所述脉冲光源为主动锁模或被动锁模光纤激光器。4.根据权利要求3所述的光纤环传感系统，其特征在于，所述脉冲光源的工作波长为1520-1590nm。5.根据权利要求1所述的光纤环传感系统，其特征在于，所述脉冲光源输出的脉冲宽度与光速的乘积小于所述光纤环长度的1/50。6.根据权利要求1所述的光纤环传感系统，其特征在于，所述光纤环包括第一光纤分束器OC1、第二光纤分束器OC2；所述OC1的输入端与所述OC2的输入端连接，所述OC1的第一输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：周燕红，
申请(专利权)人：周燕红，
类型：发明
国别省市：江苏,32