一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，包括光源、光耦合器件、光纤、颜色编码结构、探测器、计算模块，所述光源、所述光耦合器件、所述光纤依次设置，所述光源发出的光经所述光耦合器件进入所述光纤，所述颜色编码结构位于所述光纤远离所述光耦合器件的一侧，所述颜色编码结构沿所述光纤的轴向与所述光纤连接，所述探测器被配置采集所述光纤输出的信号，所述计算模块与所述探测器电连接，所述计算模块被配置为将所述探测器采集的信号与被测量物理量建立映射关系。本发明专利技术的分布式光纤传感装置结构简单，体积小，成本低，适于在临床中针对个人诊疗护理推广应用。于在临床中针对个人诊疗护理推广应用。于在临床中针对个人诊疗护理推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置


[0001]本专利技术涉及光电信息
，尤其涉及一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置。

技术介绍

[0002]光纤传感具有灵敏度高、探头体积小、生物相容、电磁兼容等诸多优势，在交通、化工、机械、环境等领域被广泛用于震动、温度、压力、浓度、液位、流速等物理量的测量。近年来，由于光纤传感的上述优势，被越来越多地应用于生物医学工程领域。
[0003]光纤传感的原理如下：电磁波在光纤波导中传输时，受到扰动，导致电磁波的状态发生变化；探测器检测到此种变化，然后根据其与扰动程度之间的映射关系实现传感。这里的扰动既可以是源于光纤波导本身，也可以是与波导结合的特定光学结构，以及在结构中引入的其它类型的材料。电磁波状态变化的检测对象可以是任意光学可测量，如幅度、相位、频率(波长)、偏振等。
[0004]空间上光纤传感可以分为单点式和分布式，单点式只能在光纤波导的某个特定位置进行测量，而分布式则可以在一段光纤长度内进行(准)连续测量。
[0005]要实现分布式光纤传感，通常有以下四种技术途径：光时域反射式(OTDR)、光频域反射式(OFDR)、光学低相干反射式(OLCR)、准分布式。其中，前三种的光学反射依赖的物理过程是光纤中的瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射，而传感机理则是分别根据光脉冲在光纤中的飞行时间和光学相干探测(或光外差探测)。第四种则是利用刻写在光纤不同位置布拉格光栅的波分复用，尽管此种方式也被成为准分布式，但其测量空间分辨率远优于绝大部分OTDR。
[0006]除OTDR外，上述技术普遍需要利用高复杂度和高成本的扫频光源、光学干涉装置、光谱测量仪等来实现。在工业和城建应用场景下，现有分布式光纤传感器的成本和体积完全可以接受，对于生物医学实验室研究也是如此，但却超出了临床中针对个人诊疗护理应用的接受程度。
[0007]因此，本领域的技术人员致力于提供一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，简化光纤传感装置的结构，降低其成本。

技术实现思路

[0008]有鉴于现有技术上的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种结构简单并且能降低成本的分布式光纤传感装置。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，包括光源、光耦合器件、光纤、颜色编码结构、探测器、计算模块，所述光源、所述光耦合器件、所述光纤依次设置，所述光源发出的光经所述光耦合器件进入所述光纤，所述颜色编码结构位于所述光纤远离所述光耦合器件的一侧，所述颜色编码结构沿所述光纤的轴向与所述光纤连接，所述探测器被配置采集所述光纤输出的信号，所述计算模块与所述探测器
电连接，所述计算模块被配置为将所述探测器采集的信号与被测量物理量建立映射关系。
[0010]进一步地，所述光源输出的光波长范围为400
‑
700nm；所述光源为LED、卤素灯、超连续谱光源中的一种。
[0011]进一步地，所述光纤满足归一化频率V在任意工作波长λ下均大于2.405，其中：
[0012][0013]式中，a是所述光纤的纤芯半径，NA是所述光纤的数值孔径。
[0014]优选地，所述颜色编码结构为光纤内源性结构，具体可以为光纤布拉格光栅。
[0015]优选地，所述颜色编码结构是外源性光学材料与光纤微结构的结合。
[0016]进一步地，所述颜色编码结构沿着所述光纤的轴向分布，所述颜色编码结构的数量不少于2个。
[0017]优选地，所述探测器为CCD或CMOS二维光电传感器。
[0018]优选地，所述计算模块的算法采用深度卷积神经网络。
[0019]优选地，所述探测器与所述光耦合器件在所述光纤的长度方向位于所述光纤的两侧。
[0020]优选地，所述探测器与所述光耦合器件在所述光纤的长度方向位于所述光纤的同一侧，所述探测器与所述光纤之间还设有分光元件，所述光纤输出的信号经所述分光元件后由所述探测器采集。
[0021]本专利技术至少具有如下有益技术效果：
[0022]1、本专利技术提供的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，采用的光源为任意连续白光源，如LED、卤素灯等，成本远低于脉冲、扫频、光频率梳等激光源，也不依赖于非线性光学效应，故无需高功率光源。
[0023]2、本专利技术提供的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，所采用的的探测器为普通彩色CCD或CMOS元件，成本远低于高精度光谱分析仪、高速(宽带)光电二极管等。
[0024]3、本专利技术提供的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，仅由光源、光纤和探测器组成，无需光学干涉、空间光栅等复杂光学装置，结构简单，体积小。
[0025]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的实施例1的分布式光纤传感装置结构示意图；
[0027]图2是本专利技术的实施例2的分布式光纤传感装置结构示意图；
[0028]图3是本专利技术的实施例3的分布式光纤传感装置结构示意图；
[0029]图4是本专利技术的探测器在色彩空间波长范围内的编码示意图；
[0030]图5是本专利技术的探测器在模场空间的编码示意图；
[0031]图6是本专利技术的数据处理流程示意图。
具体实施方式
[0032]以下介绍本专利技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以
通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0033]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0034]实施例1
[0035]如图1所示，本实施例的分布式光纤传感装置，包括光源11、光耦合器件12、光纤13、颜色编码结构14、探测器15和计算模块16，光耦合器件12和探测器14位于光纤13沿长度方向的两侧，颜色编码结构14沿着管线13的轴向方向与光纤13连接，且颜色编码结构14位于远离光耦合器件12的一侧。沿着光的输出方向依次设置有：光源11、光耦合器件12、光纤13、颜色编码结构14、探测器15，计算模块16接收探测器15采集的信号，并将该信号与被测量物理量建立映射关系。
[0036]光源11输出“白光”，即输出的光的波长覆盖400
‑
700nm范围。光源11具体可以选择LED、卤素灯、超连续谱光源等。
[0037]光源11输出的光经光耦合器件12后进入光纤13，光耦合器件12具体可以为透镜组。
[0038]光纤13为多模光纤，即光纤波导的光学特征满足多横模传输条件：归一化频率V在任意工作波长λ下均大于2.405。归一化频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，其特征在于，包括光源、光耦合器件、光纤、颜色编码结构、探测器、计算模块，所述光源、所述光耦合器件、所述光纤依次设置，所述光源发出的光经所述光耦合器件进入所述光纤，所述颜色编码结构位于所述光纤远离所述光耦合器件的一侧，所述颜色编码结构沿所述光纤的轴向与所述光纤连接，所述探测器被配置采集所述光纤输出的信号，所述计算模块与所述探测器电连接，所述计算模块被配置为将所述探测器采集的信号与被测量物理量建立映射关系。2.如权利要求1所述的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，其特征在于，所述光源输出的光波长范围为400
‑
700nm；所述光源为LED、卤素灯、超连续谱光源中的一种。3.如权利要求1所述的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，其特征在于，所述光纤满足归一化频率V在任意工作波长λ下均大于2.405，其中：式中，a是所述光纤的纤芯半径，NA是所述光纤的数值孔径。4.如权利要求1所述的颜色和模场协同编码的分布式光纤传感装置，其特征在于，所述颜色编码结构为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建龙，张爱丽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：