基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法，所采用的光纤是具有两个光信号传输通道的光纤，如双芯光纤、双包层或多包层光纤，光信号在两个光信号传输通道中的速度不同，通过检测两个传输光信号通道之间光信号的变化及各个光信号的相对位置，可以达到分布式监测待测物理量的目的。该光纤传感装置具有使用方便、成本低，精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法
本专利技术涉及一种光纤传感装置及其运行方法，具体涉及一种基于具有双通道的、监测前向传输光信号变化的分布式光纤传感装置及其运行方法。
技术介绍
中国专利申请号201120130642.5《基于双芯光纤的温度传感装置》的专利揭示了一种温度传感装置，其采用宽带光源、双芯光纤和光谱分析仪，当温度变化时，双芯光纤中两个纤芯之间的距离也会变化，从而导致注入宽带光信号的纤芯耦合到未注入光信号的纤芯的光信号波长的变化，并通过光谱分析仪检测到该变化，从而完成对温度的监测，其结构简单、测试范围宽，但其测试参数单一，并且不能实现分布式监测。现有的分布式或准分布式的光纤传感装置均是以光纤中后向散射光为主的检查装置，包括最常用的光时域反射计（OTDR），光纤拉曼温度传感装置、布里渊散射传感装置和布拉格光纤光栅传感装置，在前三种传感装置中，由于光纤中包含有传感信息的后向散射光相对于入射光很小，一般后向散射光比入射光小三至六个数量级，所以后向散射光的探测比较困难，为了去除噪声常常需要通过采样积分器很多次处理才能提取微弱的信号，从而使监测设备比较复杂，成本较高、实时性差，且其监测的最大距离较少有超过100公里的；而由布拉格光纤光栅构成的准分布式光纤传感装置虽然反射光信号较强，但其光纤光栅之间的光信号容易相互干扰，所以光纤光栅的数量不多，每根光纤上的光纤光栅的数量最多只有数十个，难以实现长距离的分布式监测。另一方面，现有的光纤通信技术在飞速的发展，其无中继通信的距离轻松超过数百公里，若再采用掺铒或拉曼光纤放大装置可达上千公里，其主要原因是前向传播的光信号强度远远大于后向散射光信号的，若能有一种基于前向传输时监测光信号变化的分布式传感装置，则可以大幅度的延长分布式光纤监测的距离，然而目前未检索到有这样的装置。
技术实现思路
本专利技术揭示了一种基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法，所采用的光纤是具有两个光信号传输通道的光纤，如双芯光纤、双包层或多包层光纤，通过检测两个传输光信号通道之间光信号的变化，可以达到分布式监测的目的。该光纤传感装置具有使用方便、成本低，具有较好的应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于双通道的分布式光纤传感装置，包括控制模块、光源模块、耦合器一、光探测器模块一和处理模块，控制模块与光源模块连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块与耦合器一连接，所述的耦合器一与传感光纤的一端连接，所述的传感光纤是包括有光通道一和光通道二的光纤，所述的耦合器一是使光信号仅耦合进传感光纤内的其中一个光通道内的耦合器，波长相同的光信号在所述的光通道一和光通道二内传输的速度不一样；在所述的传感光纤的另一端与光探测器一连接，光探测器一同时获取光通道一和光通道二内传输的光信号，光探测器一与处理模块连接。进一步的，在所述的传感光纤的另一端与耦合器二连接，耦合器二内包含有通道一和通道二，通道一和通道二互相没有干扰，所述的传感光纤内的光通道一与耦合器二内的通道一连接，通道一并与光探测器一连接；所述的传感光纤内的光通道二与耦合器二内的通道二连接，通道二并与光探测器二连接；光探测器一和光探测器二与处理模块连接。还包括在光源模块和耦合器一之间安置的1×2光耦合器，光源模块与1×2光耦合器的1口端连接，1×2光耦合器的2口的一端与耦合器一连接，1×2光耦合器的2口的一端与光探测模块三连接，光探测模块三与控制模块连接。所述的1×2光耦合器是1:99光信号分配比例的光分路器，其中分配光信号多的一端与耦合器一连接，分配光信号少的一端与光探测模块三连接。还包括与传感光纤并行安置的通讯光纤，通讯光纤的两端分别与收发模块一和收发模块连接，收发模块一和收发模块二又分别与控制模块和处理模块连接。所述的光探测器一、光探测器二、光探测模块三是光功率计、光子计数器、光谱分析仪、波长计之一。所述的光源模块是单波长光源、多波长光源或宽带光源之一。所述的传感光纤是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯、包层一、包层二和包层三，所述的纤芯的折射率大于包层一的折射率，包层二的折射率大于包层一和包层三的折射率，在包层三外侧是保护层；所述的纤芯和包层二分别是所述传感光纤的光通道一和光通道二。所述的传感光纤是双芯光纤，包括内包层和位于内包层外侧的外包层，在内包层内并排安置有纤芯一和纤芯二，所述的纤芯一和纤芯二的折射率大于内包层的折射率，内包层的折射率大于外包层的折射率，在外包层外侧是涂覆层；所述的纤芯一和纤芯二分别是所述传感光纤的光通道一和光通道二。至少在光通道一和光通道二之间的区域是荧光包层区域，所述的荧光包层区域是由掺杂有荧光材料的透明材料构成。所述的纤芯一的折射率高于纤芯二的折射率。所述的纤芯一的外径大于纤芯二的外径。所述的纤芯一和纤芯二以螺旋形式安置于内包层内。所述的纤芯一位于光纤的中心轴上，所述的纤芯二围绕纤芯一螺旋安置。基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，步骤如下：1）控制模块控制光源模块发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；2）脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤另一端的光探测模块一获取，光探测模块一将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块；3）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一内传输的光信号有部分耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光通道一和光通道二内光信号的传输速度不同，则光通道一和光通道二内光信号分先后次序到达传感光纤另一端并被光探测模块一获取，光探测模块一将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。基于双通道的分布式光纤传感装置，步骤如下：1）控制模块控制光源模块发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；2）脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，在传感光纤另一端安置有耦合器二，耦合器二内的通道一与光通道一连接，通道一另一端与光探测模块一连接，耦合器二内的通道二与光通道二连接，通道二另一端与光探测模块二连接，光探测模块一和光探测模块二分别将光通道一和光通道二内传输过来的脉冲光信号转化为电信号并传递给处理模块；3）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一内传输的光信号有部分耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光通道一和光通道二内光信号的传输速度不同，则光通道一和光通道二内光信号分先后次序到达传感光纤另一端并分别被光探测模块一和光探测模块二获取，光探测模块一和光探测模块二分别将所获取的光信号转化为电信号并传递给处理模块，处理模块根据电信号的次序、大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。进一步的，在步骤3)中，还包括在光源模块和耦合器一之间安置的1×2光耦合器，光源模块与1×2光耦合器的1口端连接，1×2光耦合器的2口的一端与耦合器一连接，1×2光耦合器的2口的一端与光探测模块三连接，光探测模块三与控制模块连接;光源模块的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器后有少部分进入光探测模块三，光探测模块三将该信号转化为电信号传递给本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：包括控制模块（10）、光源模块（12）、耦合器一（13）、光探测器模块一（7）和处理模块（6），控制模块（10）与光源模块（12）连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块（12）与耦合器一（13）连接，所述的耦合器一（13）与传感光纤（11）的一端连接，所述的传感光纤（11）是包括有光通道一（15）和光通道二（16）的光纤，所述的耦合器一（13）是使光信号仅耦合进传感光纤（11）内的其中一个光通道内的耦合器，波长相同的光信号在所述的光通道一（15）和光通道二（16）内传输的速度不一样；在所述的传感光纤（11）的另一端与光探测器一（7）连接，光探测器一（7）与处理模块（6）连接。

【技术特征摘要】
2011.12.02 CN 201110396357.2;2011.12.15 CN 2011101.基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：包括控制模块(10)、光源模块(12)、耦合器一(13)、光探测器一(7)和处理模块(6)，控制模块(10)与光源模块(12)连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块(12)与耦合器一(13)连接，所述的耦合器一(13)与传感光纤(11)的一端连接，所述的传感光纤(11)是包括有光通道一(15)和光通道二(16)的光纤，所述的耦合器一(13)是使光信号仅耦合进传感光纤(11)内的其中一个光通道内的耦合器；所述的传感光纤(11)是双芯光纤，包括内包层(23)和位于内包层(23)外侧的外包层(24)，在内包层(23)内并排安置有纤芯一(21)和纤芯二(22)，所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)的折射率大于内包层(23)的折射率，内包层(23)的折射率大于外包层(24)的折射率，所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)以螺旋形式安置于内包层(23)内，波长相同的光信号在纤芯一(21)和纤芯二(22)内传输的速度不一样；在所述的传感光纤(11)的另一端与光探测器一(7)连接，光探测器一(7)与处理模块(6)连接；所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)分别是所述传感光纤(11)的光通道一(15)和光通道二(16)。2.根据权利要求1所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特证在于：所述的纤芯一(21)位于传感光纤(11)的中心轴上，所述的纤芯二(22)围绕纤芯一(21)螺旋安置。3.根据权利要求1或2所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的传感光纤(11)的另一端与耦合器二(9)连接，耦合器二(9)内包含有通道一和通道二，通道一和通道二互相没有干扰，所述的传感光纤(11)内的光通道一(15)与耦合器二(9)内的通道一连接，通道一并与光探测器一(7)连接；所述的传感光纤(11)内的光通道二(16)与耦合器二(9)内的通道二连接，通道二并与光探测器二(8)连接；光探测器一(7)和光探测器二(8)与处理模块(6)连接。4.根据权利要求1或2所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：在光源模块(12)和耦合器一(13)之间安置的1×2光耦合器(18)，光源模块(12)与1×2光耦合器(18)的1口端连接，1×2光耦合器(18)的2口的一端与耦合器一(13)连接，1×2光耦合器(18)的2口的另一端与光探测器三(17)连接，光探测器三(17)与控制模块(10)连接。5.根据权利要求4所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的1×2光耦合器(18)是1:99光信号分配比例的光分路器，其中分配光信号多的一端与耦合器一(13)连接，分配光信号少的一端与光探测器三(17)连接。6.根据权利要求5所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：还包括与传感光纤(11)并行安置的通讯光纤(20)，通讯光纤(20)的两端分别与收发模块一(33)和收发模块二(34)连接，收发模块一(33)与控制模块(10)连接，收发模块二(34)与处理模块(6)连接。7.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：步骤如下：1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；2)脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤(11)另一端的光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块(6)；3)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一(15)内传输的光信号有部分耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光通道一(15)和光通道二(16)内光信号的传输速度不同，则光通道一(15)和光通道二(16)内光信号分先后次序到达传感光纤(11)另一端并被光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。8.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：步骤如下：1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；2)脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，在传感光纤(11)另一端安置有耦合器二(9)，耦合器二(9)内的通道一与光通道一(15)连接，通道一另一端与光探测器一(7)连接，耦合器二(9)内的通道二与光通道二(16)连接，通道二另一端与光探测器二(8)连接，光探测器一(7)和光探测器二(8)分别将光通道一(15)和光通道二(16)内传输过来的脉冲光信号转化为电信号并传递给处理模块(6)；3)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一(15)内传输的光信号有部分耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光通道一(15)和光通道二(16)内光信号的传输速度不同，则光通道一(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜兵，
申请(专利权)人：西安金和光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：