一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，沿光信号的传输方向依次设置有信号发生器、激光调制器、激光源、隔离器、光纤放大器、耦合器、光纤延迟线、光纤环、光纤合束器、光电探测器及示波器，耦合器、光纤延迟线及光纤环均有多个，各个光纤环均形成衰荡腔，每个光纤环的输入端和输出端分别设置有第一耦合器和第二耦合器，每个光纤环上均设有传感单元，经光纤放大器放大后的激光源依次进入各个光纤环，相邻两个光纤环之间设有光纤延迟线，各个光纤环的长度不同，各个光纤延迟线的长度也不同。本发明专利技术可以满足利用光纤腔衰荡技术进行多参量同时测量的目的，同时能够将各通道的传感信号区分开，降低后续数据处理量。

A Multi-parameter Sensor Network Based on Fiber Ring-down Technology

The invention discloses a multi-parameter sensing network based on optical fiber ring-cavity ring-down technology. Along the transmission direction of optical signal, there are signal generator, laser modulator, laser source, isolator, optical fiber amplifier, coupler, optical fiber delay line, optical fiber ring, optical fiber combiner, photodetector and oscilloscope, coupler, optical fiber delay line and optical fiber ring in turn. The first coupler and the second coupler are set at the input and output ends of each fiber ring. Each fiber ring is equipped with a sensing unit. The amplified laser source enters each fiber ring in turn. There are optical fiber delay lines between the two adjacent fiber rings. The length of each fiber ring is different, and the length of each fiber delay line is different. Also different. The invention can satisfy the purpose of simultaneous measurement of multi-parameters by using optical fiber cavity ring-down technology, at the same time, it can distinguish the sensing signals of each channel and reduce the amount of subsequent data processing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络
本专利技术属于光纤传感网络领域，具体涉及一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络。
技术介绍
光纤环腔衰荡技术在传感检测中日趋成熟，具有不受光源波动的影响、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，广泛应用于固体、液体、气体等微弱信号的检测中。但这些研究和应用大都是针对单一参量而言，光纤腔衰荡技术已实现的功能还远未满足实际应用的需要。由于单通道单参量的光纤传感器成本相对较高，故针对这一问题，提出了光纤传感中传感器的聚合，这样可以共享光源、光电探测器和示波器等昂贵器件，降低传感系统的平均成本，具有很高的使用价值。光纤传感网络可以复用大量传感器，开发多个测量点以实现多参量同时测量。2003年，喻洪波等人将锁模激光技术与光纤环形内腔激光气体传感技术相结合，提出并实现一套以锁模光纤环形腔激光器为复用基础的光纤内腔激光气体传感网络系统，此传感网络系统可同时对多个气体传感单元进行高灵敏度测量。2013年，R.A.Perez-Herrera等人介绍了传感器网络，重点研究了鲁棒、远程和分布式布里渊网络。2014年，尚佳彬等人提出并实现了基于腔衰荡光谱技术的三参量同时测量的光纤微腔传感器。2016年，DemingLIU等人讨论了光纤气体传感网络和应变传感网络等。光纤传感网络在进行多参量同时测量时总要面对后续数据处理的问题，即区分衰荡信号与多个参量的对应关系，基于此，2010年高扬等人实现了温度补偿的四通道压力传感器，但实验结果显示各通道的传感信号在时域上并未分开，从而给后续的数据处理带来许多困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，可以满足利用光纤腔衰荡技术进行多参量同时测量的目的，同时能够将各通道的传感信号区分开，降低后续数据处理量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，设置于气室内，沿光信号的传输方向依次设置有信号发生器、激光调制器、激光源、隔离器、光纤放大器、耦合器、光纤延迟线、光纤环、光纤合束器、光电探测器及示波器，其中，信号发生器、激光调制器和激光源之间由线路连接，光电探测器与示波器之间用线路连接，其它器件之间都由单模光纤连接；所述耦合器、光纤延迟线及光纤环均有多个，各个光纤环均形成衰荡腔，经光纤放大器放大后的激光源依次进入各个光纤环的衰荡腔内，每个光纤环的输入端和输出端分别设置有第一耦合器和第二耦合器，每个光纤环上均设有传感单元，光信号都是从光纤环上的第一耦合器的低分光比端进入，经过传感单元和第二耦合器，经每个光纤环上的第二耦合器的低分光比端输出，进入光纤合束器，相邻两个光纤环之间设有光纤延迟线，各个光纤环的长度不同，各个光纤延迟线的长度也不同；被光纤放大器放大的脉冲激光经由第一个光纤环上的第一耦合器分成两路，一路进入第一个光纤环的衰荡腔中，经过传感单元后，经第一个光纤环的第二耦合器的输出，另一路经过光纤延迟线进入第二个环形腔的第一耦合器中，与第一个光纤环一样，经由传感单元和第二个光纤环的第二耦合器输出；依次类推，光信号分别接入各个传感单元，相邻两个光纤环之间接入光纤延迟线，每个光纤环的输出均接入光纤合束器，再由光电探测器转换成电信号，显示在示波器上。优选地，每个所述耦合器均为2*2的光纤耦合器，其耦合比为99％：1％，被光纤放大器放大的脉冲激光经第一光纤环上的第一耦合器的1％功率输出端口进入第一光纤环的衰荡腔中，并经第一光纤环上的第二耦合器的1％端输出，第一光纤环上的第一耦合器和第一光纤环上的第二耦合器的99％功率端口熔接在一起；第一光纤环上的第一耦合器的99％功率端口经过第一光纤延迟线进入第二光纤环上的第一耦合器中，与第一光纤环一样，经由第二光纤环上的第二耦合器的1％端输出，第二光纤环上的第一耦合器和第二光纤环上的第二耦合器的99％功率端口熔接在一起，以此类推，接入多个光纤环和多个传感单元。优选地，沿光信号的传输方向，进入每个光纤环的衰荡腔内的光依次为100％、99％、98％、97％，各个脉冲激光的强度相等。优选地，每个光纤延迟线均由单模光纤构成，各个光纤延迟线的长度各不相同，即延迟时间不同。优选地，所述光纤延迟线的长度L0由公式L0＝tc/neff决定，其中t为脉冲激光在长度为L0的光纤内的传播时间，c为光速，neff为光纤的有效折射率，第一个光纤延迟线的长度为：L1＝5·τ1·c/neff，第二个光纤延迟线的长度为：L2＝5·(τ1+τ2)·c/neff，第三个光纤延迟线的长度为：L3＝5·(τ1+τ2+τ3)·c/neff，τ1、τ2和τ3分别为第一个光纤环、第二个光纤环及第三个光纤环内脉冲激光的衰荡时间，依次类推可得到每个光纤延迟线的长度。优选地，所述激光源采用波长为1550nm的激光源。优选地，所述光纤放大器采用掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器由一段2m的掺铒光纤和980nm泵浦光源通过一个980/1550波分复用器制成。优选地，所述的传感元件采用错位干涉结构、光纤对准气室，或法布里-珀罗光纤腔。优选地，各个所述光纤环的长度不同，即每个环腔的腔长不同。本专利技术通过将各个传感单元分别设置于不同光纤环所形成的衰荡腔内，来组成多参量的光纤传感网络，能够同时实现多种参数的同时测量，利用光时分复用技术，将多路光信号复用后在同一根光纤中传输，各个光纤环的长度不同，能够使得混合在一起的多个传感信号可以通过快速傅里叶变换将其分辨出来，从而从频域上区别出不同物理参量；相邻两个光纤环之间设有光纤延迟线，各个光纤延迟线的长度不同，利用光纤延迟线可以使输出的衰荡信号在时域上区分开，以达到利用光腔衰荡技术进行多参量传感测量的目的，便于后续对各个传感信号进行处理，降低数据处理量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术所述不同长度的光纤环的FFT谱图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术所述的一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，设置于气室内，沿光信号的传输方向依次设置有信号发生器1、激光调制器2、激光源3、隔离器4、光纤放大器5、耦合器、光纤延迟线、光纤环、光纤合束器11、光电探测器12及示波器13，其中，信号发生器1、激光调制器2和激光源3之间由线路14连接，光电探测器12与示波器13之间用线路14连接，其它连接都由单模光纤15连接；在本实施例中，激光源3采用波长为1550nm的激光源，光纤放大器5采用掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器由一段2m的掺铒光纤和980nm泵浦光源通过一个980/1550波分复用器制成，光纤环均多个，在本实施例中，采用三个光纤环，分别为第一光纤环7-1、第二光纤环7-2及第三光纤环7-3，各个光纤环均形成衰荡腔，经光纤放大器5放大后的激光源依次进入第一光纤环7-1、第二光纤环7-2和第三光纤环7-3的衰荡腔内，每个光纤环的输入端和输出端分别设置有第一耦合器和第二耦合器，各个光纤环上依次设有第一传感单元8-1、第二传感单元8-2及第三传感单元8-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，设置于气室内，其特征在于：沿光信号的传输方向依次设置有信号发生器、激光调制器、激光源、隔离器、光纤放大器、耦合器、光纤延迟线、光纤环、光纤合束器、光电探测器及示波器，其中，信号发生器、激光调制器和激光源之间由线路连接，光电探测器与示波器之间用线路连接，其它器件之间都由单模光纤连接；所述耦合器、光纤延迟线及光纤环均有多个，各个光纤环均形成衰荡腔，经光纤放大器放大后的激光源依次进入各个光纤环的衰荡腔内，每个光纤环的输入端和输出端分别设置有第一耦合器和第二耦合器，每个光纤环上均设有传感单元，光信号都是从光纤环上的第一耦合器的低分光比端进入，经过传感单元和第二耦合器，经每个光纤环上的第二耦合器的低分光比端输出，进入光纤合束器，相邻两个光纤环之间设有光纤延迟线，各个光纤环的长度不同，各个光纤延迟线的长度也不同；被光纤放大器放大的脉冲激光经由第一个光纤环上的第一耦合器分成两路，一路进入第一个光纤环的衰荡腔中，经过传感单元后，经第一个光纤环的第二耦合器的输出，另一路经过光纤延迟线进入第二个环形腔的第一耦合器中，与第一个光纤环一样，经由传感单元和第二个光纤环的第二耦合器输出；依次类推，光信号分别接入各个传感单元，相邻两个光纤环之间接入光纤延迟线，每个光纤环的输出均接入光纤合束器，再由光电探测器转换成电信号，显示在示波器上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，设置于气室内，其特征在于：沿光信号的传输方向依次设置有信号发生器、激光调制器、激光源、隔离器、光纤放大器、耦合器、光纤延迟线、光纤环、光纤合束器、光电探测器及示波器，其中，信号发生器、激光调制器和激光源之间由线路连接，光电探测器与示波器之间用线路连接，其它器件之间都由单模光纤连接；所述耦合器、光纤延迟线及光纤环均有多个，各个光纤环均形成衰荡腔，经光纤放大器放大后的激光源依次进入各个光纤环的衰荡腔内，每个光纤环的输入端和输出端分别设置有第一耦合器和第二耦合器，每个光纤环上均设有传感单元，光信号都是从光纤环上的第一耦合器的低分光比端进入，经过传感单元和第二耦合器，经每个光纤环上的第二耦合器的低分光比端输出，进入光纤合束器，相邻两个光纤环之间设有光纤延迟线，各个光纤环的长度不同，各个光纤延迟线的长度也不同；被光纤放大器放大的脉冲激光经由第一个光纤环上的第一耦合器分成两路，一路进入第一个光纤环的衰荡腔中，经过传感单元后，经第一个光纤环的第二耦合器的输出，另一路经过光纤延迟线进入第二个环形腔的第一耦合器中，与第一个光纤环一样，经由传感单元和第二个光纤环的第二耦合器输出；依次类推，光信号分别接入各个传感单元，相邻两个光纤环之间接入光纤延迟线，每个光纤环的输出均接入光纤合束器，再由光电探测器转换成电信号，显示在示波器上。2.如权利要求1所述的一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络，其特征在于：每个所述耦合器均为2*2的光纤耦合器，其耦合比为99％：1％，被光纤放大器放大的脉冲激光经第一光纤环上的第一耦合器的1％功率输出端口进入第一光纤环的衰荡腔中，并经第一光纤环上的第二耦合器的1％端输出，第一光纤环上的第一耦合器和第一光纤环上的第二耦合器的99％功率端口熔接在一起；第一光纤环上的第一耦合器的99％功率端口经过第一光纤延迟线进入第二光纤环上的第一耦合器中，与第一光纤环一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉芳，王芳，马涛，杨亚萍，高阳，王旭，李蕾，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41