一种光时域反射装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光时域反射装置，该装置包括第一光纤、第一透镜、第一光学滤波器、第一光探测器，其特征在于：第一光纤端面在第一透镜前轴线上，第二光纤端面在第二透镜后轴线上，第三透镜置于第二光探测器的一端，第四透镜置于第一光探测器的一端，第一光学滤波器置于第一透镜后，并与反射光成角度，第二光学滤波器置于第四透镜和第一光探测器前，与从第一光学滤波器反射过来的光成角度，第三光学滤波器置于第三透镜和第二光探测器前。本实用新型专利技术减小了耦合损耗，提高了检测灵敏度，结构紧凑。至少可以降低５０％以上的耦合损耗，并将至少四个分离器件集成到了一个功能模块，提高体积集成度５０％以上，并为未来降成本提供了广阔的空间。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤传感
，具体的说，涉及一种光时域反射仪的光学装 置。主要应用于安全监控、信息自动化等方面，包括但不限于交通、市政等基础设施建设领 域，电力、石油、煤炭等能源领域，石油化工、有色金属等重化工业领域。
技术介绍
近年来，随着光纤传感市场的不断升温，以光纤的拉曼效应和布里渊效应为基础 的光纤传感器由于有探测点连续分布、不受电磁干扰、探测距离远等一系列优点在光纤传 感领域得到了越来越广泛的应用。光纤传感器利用拉曼散射光在光纤中的不同位置回传的强度和时间不同定位温 度和位置，这样的装置称为 ROTDR(Raman Optical Time-Domain Reflectometry)。如图 2所示。同样以布里渊效应为原理的0TDR称为BOTDR(Brillouin OpticalTime-Domain Reflectometry)。以下均以拉曼效应为例说明，B0TDR同样原理和光路，只是波长不同而已。脉冲信号光入射进入光纤，在光纤中产生拉曼散射光，分为斯托克斯分量和反斯 托克斯分量，如图3所示。不同的应力导致两个分量的比值不一样，这样通过这两个分量的 比值可以检测光纤处的应力。不同的位置达到探测器处的时间不同，这样通过返回时间的 长短可以分辨应力发生变化对应的距离。为了取得斯托克斯分量和反斯托克斯分量，常见的方法用光耦合器将斯托克斯分 量和反斯托克斯分量同时取下，再将这两个分量输入一分二的光耦合器，在耦合器的两个 输出端口分别用光滤波器分离斯托克斯分量和反斯托克斯分量，再将两个分量分别用光纤 耦合至光探测器。这种方法最大的缺点是插入损耗很大。针对这一问题，人们提出了新的 方法，用波分复用器代替耦合器，这样减小的插入损耗。但是，在实际使用中脉冲光信号是 单模光纤输入，而传感光纤通常是多模光纤，这样就存在模式不匹配的问题，也同样导致插 入损耗的增加，导致传感检测的范围和精度下降。因此，有必要对现有技术进行改进，设计一种能减小耦合损耗、提高检测灵敏度、 结构紧凑的光时域反射仪组件。
技术实现思路
本技术的目的是在于提供了一种光时域反射装置。降低了插损，提高了检测 范围和灵敏度，并且实现了小型化。本技术是通过以下具体方案实现的一种光时域反射装置，该装置包括第一光纤、第一透镜、第一光学滤波器、第一光 探测器，其特征在于第一光纤端面在第一透镜前轴线上，第二光纤端面在第二透镜后轴线 上，第三透镜置于第二光探测器的一端，第四透镜置于第一光探测器的一端，第一光学滤波 器置于第一透镜后，并与反射光成角度，第二光学滤波器置于第四透镜和第一光探测器前， 与从第一光学滤波器反射过来的光成角度，第三光学滤波器置于第三透镜和第二光探测器所述的第一光学滤波器与反射光的角度为10-15度。所述的第二光学滤波器与反射光的角度为10-15度。所述的第三光学滤波器与入射光的角度为小于12度。整个结构采用自由空间耦合的方式完成，如图1中，第一光纤端面在第一透镜前 轴线上，第二光纤端面在第二透镜后轴线上，完成光从光纤到空间的耦合和空间到光纤的 耦合；第三透镜置于第二光探测器的一端，第四透镜置于第一光探测器的一端，分别完成斯 托克斯光和反斯托克斯光耦合到探测器中，完成光信号转换成电信号的功能；第一光学滤 波器置于第一透镜后，并与反射光成一定角度，满足反射光从第二光纤经过第二光学透镜 抵达第一光学滤波器后反射至下端的光探测器装置；第二光学滤波器置于第四透镜和第一 光探测器前，与从第一光学滤波器反射过来的光成一定角度，满足部分频率的光透过第二 光学滤波器经过第四透镜耦合到第一光探测器中，同时，部分频率的光从第二光学滤波器 反射；第三光学滤波器置于第三透镜和第二光探测器前，满足从第二光学滤波器反射过来 的光经过第三光学滤波器后，部分频率透射并经过第三透镜耦合到第二光探测器中。一种使用自由空间的方式实现R0TDR的方法，实现了光源的入射和拉曼反射光信 号分离和检测。在光源的输入端口、入射进入传感光纤、接收反射光信号，利用波长分离分 光膜片实现拉曼反射信号的分离和监测。在本技术中包含光源输入部分、光源的模式变换部分、光源入射进入传感光 纤部分、拉曼反射信号分离部分、光电监测部分。其特征在于光路自由空间光路结构实现， 整个组件输入是光纤，输出时光纤或光探测器、其他部分都是光路在空间的变换。实现了光 信号的注入、模式的变换、波长的分离和检测功能。所述的组件输入光纤可以是单模光纤如ITU-T G. 652，ITU-T G. 653或ITU-TG. 655 等或其他类型光纤。所述的组件输出光纤可以是单模光纤如ITU-T G. 652，ITU-T G. 653或ITU-TG. 655 等或其他类型光纤。如多模光纤。所述的组件的光路的空间变换可以是一个透镜或多个透镜形成的透镜组，实现光 斑模式的变换，实现模式匹配，达到最佳耦合状态。所述的组件的波长分离部分可以使用介质膜片分光来是实现，将斯托克斯分量和 反斯托克斯分量分离成空间的两路光。所述的组件的检测部分可以是光电探测器，分别将斯托克斯分量和反斯托克斯分 量的光信号转换为电信号。本技术具有如下优点和效果由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术在组件中利用自由空间 光路实现光斑的模式变换，达到入射光纤和出射光纤的最佳耦合状态，减小了光能量的损 耗；将斯托克斯分量和反斯托克斯分量直接入射至光探测器，减小了耦合损耗，提高了检测 灵敏度，结构紧凑。降低了插损，提高了检测范围和灵敏度，并且实现了小型化等等，经过实 验表明，至少可以降低50%以上的耦合损耗，并将至少四个分离器件集成到了一个功能模 块，提高体积集成度50%以上，并为未来降成本提供了广阔的空间。附图说明图1为一种光时域反射仪组件装置结构图图2为一种R0TDR的信号光和斯托克斯分量及反斯托克斯光谱图图3为光斑的模式变换示意图图4为本技术的3个滤波器的滤波谱线图4a为第一光学滤波器的滤波谱线图4b为第二光学滤波器的滤波谱线图4c为第三光学滤波器的滤波谱线图，其中110_第一光纤，120-第二光纤，210-第一透镜，220-第二透镜，230-第三 透镜，240-第四透镜，310-第一光学滤波器，320-第二光学滤波器，330-第三光学滤波器， 410-第一光探测器，420-第二光探测器。具体实施方式实施例1 本技术的核心是用自由空间光路实现拉曼光时域反射仪的方法，不仅减小了 耦合损耗，提高了检测灵敏度，而且相对传统的光纤连接法减小了体积。以下结合附图对本技术作进一步详细描述根据图1、图2、图3、图4可知，一种光时域反射装置，该装置它包括第一光纤 110、第二光纤120、第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240、第一光学滤波 器310、第二光学滤波器320、第三光学滤波器330、第一光探测器410、第二光探测器420。 其连接关系是整个结构采用自由空间耦合的方式完成，如图1中，第一光纤110端面在第 一透镜210前轴线上，第二光纤120端面在第二透镜220后轴线上，完成光从光纤到空间的 耦合和空间到光纤的耦合；第三透镜230置于第二光探测器420的一端，第四透镜240置于 第一光探测器410本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光时域反射装置，该装置包括第一光纤（１１０）、第一透镜（２１０）、第一光学滤波器（３１０）、第一光探测器（４１０），其特征在于：第一光纤（１１０）端面在第一透镜（２１０）前轴线上，第二光纤（１２０）端面在第二透镜（２２０）后轴线上，第三透镜（２３０）置于第二光探测器（４２０）的一端，第四透镜（２４０）置于第一光探测器（４１０）的一端，第一光学滤波器（３１０）置于第一透镜（２１０）后，并与反射光成角度，第二光学滤波器（３２０）置于第四透镜（２４０）和第一光探测器（４１０）前，与从第一光学滤波器（３１０）反射过来的光成角度，第三光学滤波器（３３０）置于第三透镜（２３０）和第二光探测器（４２０）前。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵军，梁庆华，姚璐璐，
申请(专利权)人：武汉高思光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：83