一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统技术方案

本发明专利技术提出了一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，所述系统包括解调模块，用于接收传感检测模块返回的光信号，并将光信号转换为电信号，以反演各反射型氢气传感器检测的氢气浓度；传感检测模块包括传感阵列单元和功率补偿单元，传感阵列单元与功率补偿单元均与解调模块连接，传感阵列单元与功率补偿单元连接；传感阵列单元用于通过多个反射型氢气传感器获取与反射型氢气传感器对应检测点的光信号，功率补偿单元对多个反射型氢气传感器进行功率补偿，传感阵列单元通过调整与反射型氢气传感器对应光分路器的的分光比，传感阵列单元和功率补偿单元均对应设置有与各反射型氢气传感器连接的光分路器。本申请有助于提升传感器的稳定性和反应速度。器的稳定性和反应速度。器的稳定性和反应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统


[0001]本专利技术涉及氢气监测
，尤其涉及一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统。

技术介绍

[0002]随着现代工业的发展，氢气作为一种重要的能源在各个工业部门得到了广泛应用，但是氢气的易燃易爆特性可能会对生命财产安全造成巨大威胁，因此如何对氢气浓度进行监测显得尤为重要。
[0003]公开号为CN114002185A的中国专利公开了基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法，调频激光器输出频率随时间线性变化的连续光，第二耦合器将1％的连续光作为参考光传递至偏振控制器进行偏振方向的调制；将99％的连续光作为探测光由1端口进入环形器，并由2端口同时输出至多个传感器；每个传感器包括并行设置的修正光路和气池光路，经一号平衡探测器转换为拍频电信号后，传递至信号处理器进行处理确定气池内气体浓度，但是上述方案通过环形器将光信号同时输出至多个串联连接的传感器中，使远离环形器的传感器存在功率不足的情况，导致传感器的稳定性以及反应速度下降，因此，提供一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，来改善传感器的稳定性和反应速度，是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，通过功率均匀分配算法分配传感阵列单元和功率补偿单元中与传感器对应设置光分路器的分光比，以改善传感器的稳定性和反应速度。
[0005]本专利技术提供了一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，包括解调模块和传感检测模块，所述解调模块与所述传感检测模块连接，其中，所述解调模块用于接收所述传感检测模块返回的光信号，并将光信号转换为电信号，以反演各反射型氢气传感器检测的氢气浓度；所述传感检测模块包括传感阵列单元和功率补偿单元，所述传感阵列单元与所述功率补偿单元均与所述解调模块连接，所述传感阵列单元与所述功率补偿单元连接；所述传感阵列单元用于通过多个所述反射型氢气传感器获取与所述反射型氢气传感器对应检测点的光信号，所述功率补偿单元对多个所述反射型氢气传感器进行功率补偿，所述传感检测模块基于功率均匀分配算法调整与所述反射型氢气传感器对应光分路器的分光比，其中，所述传感阵列单元和所述功率补偿单元均对应设置有与各所述反射型氢气传感器连接的光分路器。
[0006]在以上技术方案的基础上，优选的，所述传感阵列单元包括第一反射型氢气传感器、第二反射型氢气传感器、第一光分路器以及第二光分路器，所述第一光分路器的输入端与所述解调模块连接，所述第一光分路器的第一输出端与所述第一反射型氢气传感器连
接，所述第一光分路器的第二输出端与所述第二光分路器的输入端连接，所述第二光分路器的输出端与所述第二反射型氢气传感器连接。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述功率补偿单元包括补偿光源、所述第一光分路器以及所述第二光分路器，所述第一光分路器的输入端与所述补偿光源连接，所述第一光分路器的第一输出端与所述第一反射型氢气传感器连接，所述第一光分路器的第二输出端与所述第二光分路器的输入端连接，所述第二光分路器的输出端与所述第二反射型氢气传感器连接。
[0008]更进一步优选的，所述解调模块包括传感光源、半导体光放大器、信号发射器、掺铒光纤放大器、第五光分路器、环形器、第一光电探测器、第二光电探测器以及数据采集单元，其中，所述传感光源与所述半导体光放大器连接，所述半导体光放大器分别与所述信号发射器和所述掺铒光纤放大器连接，所述掺铒光纤放大器与所述第五光分路器连接，所述第五光分路器的第一输出端与所述环形器的第一端口连接，所述第五光分路器的第二输出端与所述第一光电探测器连接，所述环形器的第二端口与所述传感检测模块连接，所述环形器的第三端口与所述第二光电探测器连接，所述数据采集单元分别与所述信号发射器、所述第一光电探测器以及所述第二光电探测器连接。
[0009]更进一步优选的，所述功率均匀分配算法具体为：
[0010]其中，为每个所述反射型氢气传感器分配到的功率，为所述传感光源经所述半导体光放大器调制后发出脉冲光的光功率，ΔP所述传感光源发射的光束被所述掺铒光纤放大器放大后所带来的波动功率，为到达第n个反射型氢气传感器之前的各级光分路器的插入损耗，n为该反射型氢气传感器的编号，为所述解调模块与所述传感检测模块中光纤的自身损耗，D为两个相邻的所述反射型氢气传感器的距离，为所述解调模块与所述传感检测模块中光纤熔接损耗。
[0011]更进一步优选的，所述第一光电探测器接收的光功率表达式为：
[0012]其中，为第一光电探测器接收的光功率，r为反射型氢气传感器的反射率，为所述传感检测模块中各级光分路器的分光比，为所述传感检测模块中光纤自身损耗以及熔接损耗。
[0013]更进一步优选的，所述第二光电探测器接收的光功率表达式为：
[0014]其中，为第二光电探测器接收的光功率，为所述第五光分路器的插入损耗，为所述解调模块中光纤损耗及熔接损耗。
[0015]更进一步优选的，所述第五光分路器是分光比为99：1的光纤耦合器，所述第五光分路器的第一输出端输出99％的光信号，所述第五光分路器的第二输出端输出1％的光信号。
[0016]更进一步优选的，所述第一光分路器和所述第三光分路器均为1
×
2耦合器。
[0017]更进一步优选的，所述第一光分路器和所述第三光分路器具有第一分光比，所述第二光分路器和所述第四光分路器具有第二分光比。
[0018]本专利技术的一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统相对于现有技术具有以下有益效果：（1）通过功率均匀分配算法分配传感阵列单元和功率补偿单元中与反射型氢气传感器对应设置光分路器的分光比，同时功率补偿单元引入连续光功率补偿对反射型氢气传感器进行功率补偿，以改善反射型氢气传感器的稳定性和反应速度；（2）传感阵列单元能够单独置换反射型氢气传感器，使得更换传感器更加方便，同时各个反射型氢气传感器之间不受干扰，并且反射型氢气传感器布设灵活能够满足多种氢气监测场景。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术提供的光线氢气传感系统的模块示意图；图2为本专利技术提供的氢气传感系统的结构示意图；图3为本专利技术提供的氢气传感系统中具有多级光分路器的结构示意图；图4为本专利技术提供的光功率比值信号数据处理过程的流程示意图；图5为本专利技术提供的具有总线拓扑结构的反射型氢气传感器的功率分布图。
[0021]附图标记说明：1、解调模块；11、传感光源；12、半导体光放大器；13、信号发射器；14、掺铒光纤放大器；15、第五光分路器；16、环形器；17、第一光电探测器；18、第二光电探测器；19、数据采集单元；2、传感检测模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，其特征在于，包括解调模块(1)和传感检测模块(2)，所述解调模块(1)与所述传感检测模块(2)连接，其中，所述解调模块(1)用于接收所述传感检测模块(2)返回的光信号，并将光信号转换为电信号，以反演各反射型氢气传感器检测的氢气浓度；所述传感检测模块(2)包括传感阵列单元(21)和功率补偿单元(22)，所述传感阵列单元(21)与所述功率补偿单元(22)均与所述解调模块(1)连接，所述传感阵列单元(21)与所述功率补偿单元(22)连接；所述传感阵列单元(21)用于通过多个所述反射型氢气传感器获取与所述反射型氢气传感器对应检测点的光信号，所述功率补偿单元(22)对多个所述反射型氢气传感器进行功率补偿，所述传感检测模块(2)基于功率均匀分配算法调整与各所述反射型氢气传感器对应光分路器的分光比，其中，所述传感阵列单元(21)和所述功率补偿单元(22)均对应设置有与各个所述反射型氢气传感器连接的光分路器。2.如权利要求1所述的端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，其特征在于，所述传感阵列单元(21)包括第一反射型氢气传感器(211)、第二反射型氢气传感器(212)、第一光分路器(213)以及第二光分路器(214)，所述第一光分路器(213)的输入端与所述解调模块(1)连接，所述第一光分路器(213)的第一输出端与所述第一反射型氢气传感器(211)连接，所述第一光分路器(213)的第二输出端与所述第二光分路器(214)的输入端连接，所述第二光分路器(214)的输出端与所述第二反射型氢气传感器(212)连接。3.如权利要求2所述的端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，其特征在于，所述功率补偿单元(22)包括补偿光源(221)、第三光分路器(222)以及第四光分路器(223)，所述第三光分路器(222)的输入端与所述补偿光源(221)连接，所述第三光分路器(222)的第一输出端与所述第一反射型氢气传感器(211)连接，所述第三光分路器(222)的第二输出端与所述第四光分路器(223)的输入端连接，所述第四光分路器(223)的输出端与所述第二反射型氢气传感器(212)连接。4.如权利要求1所述的端面探头型准分布式光纤氢气传感系统，其特征在于，所述解调模块(1)包括传感光源(11)、半导体光放大器(12)、信号发射器(13)、掺铒光纤放大器(14)、第五光分路器(15)、环形器(16)、第一光电探测器(17)、第二光电探测器(18)以及数据采集单元，其中，所述传感光源(11)与所述半导体光放大器(12)连接，所述半导体光放大器(12)分别与所述信号发射器(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文彬，薛冰洋，杨明红，唐健冠，代吉祥，程乘，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：