光纤传感器阵列制造技术

一种光纤传感器阵列（１００）包括光纤传感器组件（ＡＸ，ＢＸ，ＣＸ，ＤＸ，ＡＹ，ＢＹ，ＣＹ，ＤＹ，ＡＺ，ＢＺ，ＣＺ，ＤＺ）的线性阵列，每个组件具有组件输入／输出（ｉ／ｏ）光纤以及每个组件被排列成通过它的组件ｉ／ｏ光纤响应于输入到该光纤的一个或多个询问光学脉冲而输出光学输出脉冲的有限输出脉冲序列。该阵列进一步包括沿线性阵列的长度延伸的光纤总线（１０４，１０６，１０８，１１０），每个组件ｉ／ｏ光纤沿线性阵列的各自位置处光学耦合到光纤总线上。该阵列允许以比同样数目的光纤传感组件串联更高的频率询问。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
该专利技术涉及光纤传感器的阵列。
技术介绍
已知类型的光纤传感器组件包括组件输入/输出(i/o)光纤和一个或多个独立的光纤传感器，以及被布置成响应于一个或多个到该组件i/o 光纤的询问脉沖输入通过i/o光纤输出光输出脉冲的有限输出脉冲序列。 取决于组件的具体结构，输出脉冲序列可传送与周围环境的温度，气压， 加速度等相关的信息。这样的组件一般具有允许一个或多个询问脉冲中 的一部分经过该组件传送到第二个这样的组件的光学上耦合到该光纤部 分的输出光纤，从而提供第二组件的询问。许多组件可串联形成适于沿 线性阵列收集物理状态信息的线性阵列， 一个或多个询问脉沖被引入到输入端。这样的光纤传感组件阵列存在的问题是在长的阵列的情况下，有如 几百个组件串联阵列，在某些应用中由于对于一个或多个询问脉沖中的 一部分到达阵列的最后一个组件并且对于来自最后一个组件的输出脉冲 序列返回通过每个其他组件到达阵列的输入端所花费的时间确定该速率 的事实，阵列的最大询问速率会是无法接受的低(例如在快速变化物理 状态的探测中)。
技术实现思路
本专利技术的目标是改善这样的问题。根据本专利技术，这个目标由包括光 纤传感器组件的线性阵列的光纤传感器阵列完成，每个组件具有组件输 入/输出(i/o)光纤以及被排列成通过它的组件i/o光纤响应于输入到 那的一个或多个询问光学脉沖而输出光学输出脉冲的有限输出脉冲序 列，并且此处的阵列进一步包括沿线性阵列的长度延伸的光纤总线，每 一个组件i/o光纤沿该线性阵列在各自的位置光学耦合到光纤总线。因 为询问特定组件的脉冲不必首先通过阵列的其它组件，该专利技术的阵列的 每个组件的询问能够比在串行阵列的情况更快地完成。同样的，来自特 定组件的输出脉冲序列不必为了到达阵列的输入端而通过阵列中的其他组件。输出脉沖序列(具有一个来自每一个组件的序列)的完整周期从 本专利技术中阵列的单个询问中产生，因此具有比有相同数目的串联阵列的 光纤传感器组件的阵列的完整周期短的持续时间，提供用于询问的比在 现有技术中的更高的频率。优选地光纤传感器阵列进一步包括i/o光纤阵列和包括光学上并联 耦合到i/o光纤阵列并沿线性阵列的长度延伸的N个总线光纤总线，如 果n/N-M+k/N，并且M是正整数或者O，线性阵列的第n个光纤传感器组 件的组件i/o光纤光学上耦合到第k个总线上(k=l到N)。例如，如果 N=4，沿阵列的第十个光纤传感器组件被耦合到第二总线光纤。这让耦合 到不同总线光纤上的输出脉冲序列组在多路复用到i/o光纤阵列上时交 错，另外减少从单个阵列询问中产生的输出脉冲序列的全周期的持续时 间，以及使得进一步增加阵列的询问最大速率。此外，如果总线光纤中 一个损坏时，对阵列的性能的影响小于所有组件被耦合到单个总线光纤 的情况，或者小于有N个总线光纤并且线性阵列由一组N个连续的组件 构成的情况，给定的 一组该组件耦合到相同的总线光纤。优选地，沿给定总线光纤在组件i/o光纤耦合到那的位置由等长的 总线光纤间隔开，并且至少一个总线光纤包含在阵列i/o光纤和沿总线 光纤在该总线光纤的第一组件的组件i/o光纤耦合到的位置之间的光纤 的延迟长度。这允许沿阵列的组件的物理位置被独立选择以满足具体感 测要求，同时仍允许通过对于延迟光纤的长度作出合适选择，输出到不 同总线光纤上的输出脉冲序列组交错。优选地，每个光纤传感器组件被排列成以1/T的速率输出输出脉冲 序列的光脉冲，每个脉冲具有持续时间t/N，并且其中一个或多个光纤 的延迟长度是在阵列的使用中，耦合到各自的总线光纤的输出脉沖序列 组在i/o光纤阵列中形成多路复用的输出序列，该序列包括多个所述组， 其中连续组有T/N的相对延迟。这样，来自相应的耦合到不同总线光纤 的组件的输出脉沖序列内的各个脉沖被交错在i/o光纤阵列中以形成连 续的一组脉冲，进一步减少在无用输出出现期间来自阵列的输出数据的单个周期内的时间量。如果阵列的每个组件依据询问以1/ t的速率产生m个独立脉冲的输 出脉沖序列，毎个脉冲具有t/N的持续时间并携带有用信息，此外优选 地在所有特定总线光纤上连接相邻组件的光纤具有cpmT/2的长度，这里P是整数，P>1并且C是在光纤中光速。这产生了从耦合到特定总线pmT的延迟。如果p-l，那么从耦合到特定总线光纤的相邻组件中产生的 输出脉沖序列在时间上是连续的。如果P>1，存在来自一个组件的输出脉 冲序列的末端和来自耦合到相同总线光纤的相邻组件的输出脉冲序列的 始端之间的延迟，两个序列从单个询问中产生。然而，该延迟的持续时总线光纤中获得。连接到在任何特定总线光纤上的相邻组件的光纤的长 度可包含各自的光纤延迟长度，以便选择耦合到总线光纤的组件的物理 分隔来满足特定感测要求，同时保持这个优点。某光纤传感组件响应询问产生输出序列，其中该序列的第一和最后 光脉冲携带无用信息。如果阵列中已有这类型的组件，并且每个组件以 1/t的速率在各输出脉冲序列中产生m个持续时间为t/N的脉冲，那么 优选地在所有特定总线光纤上连接相邻组件的光纤具有cp(m-l) t/2的 长度，这里P是整数，p>l并且c是在光纤中光速。如果p-l，存在来 自耦合到特定总线光纤的相邻组件中的输出脉沖序列之间的并响应于单 个询问的p(m-l) T的延迟。这意味着输出脉冲序列的最后一个脉冲和下 一个序列的第 一个脉冲在时间上重叠，在那些无用信息传递期间减少在 阵列输出的全周期内的时间(和来自从任何单个总线光纤的一组输出脉 冲序列)。如果p〉1,存在来自一个组件的输出脉冲序列的末端和来自相 邻组件的输出脉冲序列的始端之间的延迟p(m-l) t ，这两个序列响应于 询问而生成。此外，这个延迟允许连续的输出脉沖序列通过对#_询问的 阵列的速率做适当选择从任何总线光纤中获得。另外， 一个序列的最后 的输出脉沖和下一个序列的第一个脉冲重叠。此外，连接到在任何特定 总线光纤上的相邻组件的光纤的长度可包含各自的光纤延迟长度，以便 选择耦合到总线光纤的组件的物理分隔来满足特定传感要求，同时保持 这个优点。阵列的光纤传感器组件的每一个都包括m-2个光纤传感器线圏的串 联布置，每个线圏具有长度CT/2，并且其中每个所述线圈在其输入側被 提供有部分反射器并且其中该组件被提供有终端反射器。这样的组件可 通过一对持续时间为t/N的脉沖被询问， 一个脉冲相对于另一个脉沖延 迟T，以产生m个脉冲的输出脉沖序列。第一个和第m个脉冲携带无用的信息，但是第2,第3，…(m-l)个脉冲可携带关于组件附近中的物 理状态的信息。该反射器可为光纤耦合反射器，或为如光纤内的布拉格光栅的光纤 内的反射器。一个或多个传感线圈可被包含在一个或多个相应的光纤加速计或水 中地震检波器中以提供适用于探测震动或压力的的阵列。在具有个传感 线圏的组件中，三个线圏可包含在相应的光纤加速计中并且一个在光纤 水中地震检波器中以提供用于水下测量应用的光纤传感器阵列。优选地，该光纤总线净皮包裹在防护电缆中以防止在配置或使用期间 的对阵列的损坏。本专利技术的多个光纤传感器阵列可被包含在大规模的光纤传感器阵列 中，该传感器阵列中本专利技术中的独立的阵列作为子阵列，每个以不同的 波长工作。波长多路复用器/多路分离器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传感器阵列，包括光纤传感器组件的线性阵列，每个组件具有组件输入／输出（ｉ／ｏ）光纤以及每个组件被排列成通过它的组件ｉ／ｏ光纤响应于输入到该光纤的一个或多个询问光学脉冲而输出光学输出脉冲的有限输出脉冲序列，其中该阵列包括沿线性阵列的长度平行延伸的Ｎ条光纤总线光纤，每条组件ｉ／ｏ光纤在沿线性阵列的各自位置处光学耦合到所述Ｎ条总线光纤中的一个，使得从耦合到不同总线光纤的组件输出的脉冲序列被交错。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ纳什，JJ维斯特霍尔，DJ希尔，RI克里克摩尔，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]