一種基于波分復用的光纖傳感系統結構的製作方法

2023-09-16 01:14:05 3

專利名稱：一種基于波分復用的光纖傳感系統結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖傳感系統結構，特別涉及一種基于波分復用的光纖 傳感系統結構。
背景技術：
基於光纖光纜的分布式光纖傳感系統，具有同時獲取在監測光纖光纜敷 設區域內被測量隨時間和空間變化的信息的能力，適用於長距離光纖光纜系
統的分布式偵聽;險測領i或。該傳感系統主要用於才全測定位應力、應變和^展動， 對需要防護重要區域、目標如軍事重地、管制區域、各種重要管線以及重 要國境線進行入侵預警和監視並提供精確定位，是安全防護領域的重要技術。
馬赫-澤德幹涉型光纖傳感系統的傳感部分是一種典型的馬赫-澤德幹 涉儀。現有技術中的基本結構1如圖1所示，2x2耦合器106和108、光纖(或 光纜)107構成馬赫-澤德幹涉儀。光發射機102發射的光信號被1x2功分器 104分成兩束光，其中一束光經106、 107、 108、 1x2功分器105後^皮光電轉 換接收器103接收，另一束光經105、 108、 107、 106後被光電轉換接收器101 接收，通過處理IOI、 103接收到的信號，可獲得外場變化信息，定位應力、 應變或振動發生的位置。
由光發射機102發射的光信號分為沿兩個相反方向傳輸的光，如果傳感 光纖(或光纜)107的某部分受到外力作用產生形變或振動，那麼在107中傳 輸的光信號的相位會發生變化。通過檢測兩個方向的光信號波形變化的時間 差，即可計算出應力、應變或振動發生的位置。
圖l中所示現有技術中，光電轉換接收機IOI、 103採用單一的光電轉換 檢測器。這種結構存在光電轉換檢測器輸出的直流信號較高、輸出的交流信 號受偏振的影響、系統檢測擾動位置時準確度較差、在長距離應用中靈敏度 比較低等缺點。
現有技術中的基本結構2如圖2所示，包括光信號的收發部分201、耦合 模塊l 202、引導光纖(或光纜)203、耦合模塊2 204和傳感光纖(或光纜)205， 205形成一環形，與其它部分形成一封閉區域。光信號的收發部分201 包括光發生器209、放大器206、 210以及光電轉換器207、 208、 211、 212。 其中206、 207、 208構成一個平衡檢測光電轉換接收器，210、 211、 212構成 另 一個平衡檢測光電轉換接收器。
圖2中所示現有技術採用探測器對組成平衡探測器，克服了圖1所示技 術中光電轉換檢測器輸出的直流信號較高、輸出的交流信號受偏振的影響、 系統一企測擾動位置時準確度較差的缺點。
圖1和圖2所示的現有技術採用單一的光信號波長，接收模塊接收的光 信號中混雜了背向瑞利散射光信號噪聲和布裡淵散射光信號噪聲，這些噪聲 在長距離監控系統中光發射模塊需要發射大功率光信號時嚴重幹擾了有用信 號，限制了傳感系統的監控範圍和接收靈敏度。

發明內容
鑑於現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種基于波分復用的光纖 傳感系統結構，包括光信號的發射接收部分、波分復用模塊、引導光纖(或 光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)。
所述傳感光纖(或光纜)與耦合模塊一起構成馬赫-澤德(Mach-Zehnder ) 幹涉儀，波分復用模塊連接到光信號的收發部分，引導光纖(或光纜)將耦 合模塊連接到波分復用模塊。
所述光信號發射接收部分採用兩套發射和接收，兩套發射機發射的光信 號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光纜)的兩個相反的傳 輸方向上構成各自的馬赫-澤德幹涉儀。
所述波分復用模塊，根據光信號發射接收部分發射的兩個波長之間的間 隔，包括兩個粗波分復用器件或密集波分復用器件或兩個光環行器組合兩個 光濾波器，分離發射光信號和接收光信號，同時所述波分復用模塊還濾除背 向瑞利散射噪聲和布裡淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統的接收靈敏度，擴展了傳感系統的監控範圍。
所述耦合模塊分別將順時針和逆時針方向的發射光信號分成兩路幹涉信 號，同時把從反方向來的幹涉光信號進行耦合，輸送到波分復用模塊。
所述波分復用模塊、引導光纖(或光纜)和耦合模塊部分可以相互獨立 或成為一個整體。
所述引導光纖(或光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一 根光纜中。
所述傳感光纖(或光纜)通過兩根光纖與耦合模塊相連接來實現。
本發明的有益效果在於，光信號發射接收部分採用兩套發射和接收，兩 套發射機發射的光信號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光 纜)的兩個相反的傳輸方向上構成各自的馬赫-澤德幹涉儀。兩種波長的光 信號採用波分復用模塊進行分離，在接收方向波分復用模塊濾除背向瑞利散 射噪聲和布裡淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統的接收靈敏 度，擴展了傳感系統的監控範圍。


圖1為現有技術中光纖傳感系統結構1;
圖2為現有技術中光纖傳感系統結構2;
圖3為本發明實施例1的光纖傳感系統結構示意圖4為本發明實施例2的光纖傳感系統結構示意具體實施例方式
本發明提供一種光纖傳感系統結構。以下結合附圖對本發明進行詳細說明。
實施例一
本發明提供 一 種光纖傳感系統結構，如圖3所示，該系統 包括光信號的發射接收部分301、波分復用模塊302、引導光纖(或光纜) 303、耦合模塊304和傳感光纖(或光纜)305, 305形成一環形，與其它部分 形成一封閉區域。本實施例中，所述光信號的發射接收部分301包括光信號發生器1 307、 光信號發生器2 308、光電轉換接收器l 309和光電轉換接收器1 306。其中307、 308發射的光信號波長不同，306、 309接收的光信號波長也不同。
所述波分復用模塊302包括兩個具有波分復用功能的粗波分復用器件或 密集波分復用器件310、 311，具有波分復用功能的3]0、 311也可以由光環行 器與光濾波器組合而成，實現分離發射光信號和接收光信號。
所述引導光纖(或光纜)303包括2根光纖，用於連接波分復用模塊302和 耦合模塊304。
所述耦合模塊304包括兩個lx2或2x2的耦合器312、 313。 所述傳感光纖(或光纜)305包括至少2根光纖，用於連接耦合器312、 313,
構成一個環。所述2根傳感光纖可以並行置於一根光纜內，也可以以其它形式放置。
本實施例中，光信號發生器1 307發射的光信號波長1通過波分復用器 件310與反方向傳送來的光信號波長2分離，光信號波長1通過引導光纖303 傳送到耦合器312，分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中順時針方向 傳輸，到達耦合器313後兩束光信號合併成一束經引導光纖303傳送到波分 復用器311， 311分離光信號發射器2 308發射的光信號波長2和313傳來的 接收到的光信號波長l，光信號波長l被傳送到光電轉換接收器l 309。在逆 時針方向，光信號發生器2 308發射的光信號波長2通過波分復用器件311 與反方向傳送來的光信號波長1分離，光信號波長2通過引導光纖303傳送 到耦合器313,分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中逆時針方向傳輸， 到達耦合器312後兩束光信號合併成一束經引導光纖303傳送到波分復用器 310， 310分離光信號發射器1 307發射的光信號波長2和312傳來的接收到 的光信號波長2,光信號波長2被傳送到光電轉換接收器2 306。通過處理306、 309輸出的信號，可獲得外場變化信息，定位應力、應變或振動發生的位置。
實施例二
本發明提供一種光纖傳感系統結構，如圖4所示，所述光纖傳感系統結構 實現功能與實施例一相同，但313處於遠端，305不形成環形，與其它部分不 形成一封閉區域。
本實施例中，耦合器313放置於遠端，與312不在同一位置，因此傳感 光纖(或光纜)305不必構成一個環。光信號發生器1發射的光信號波長1通過波分復用器件310與反方向傳送來的光信號波長2分離，光信號波長1傳 送到耦合器312，分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中順時針方向傳 輸，到達耦合器313後兩束光信號合併成一束傳送到波分復用器311， 311分 離光信號發射器2 308發射的光信號波長2和313傳來的接收到的光信號波 長l，光信號波長1被傳送到光電轉換接收器1 309。在逆時針方向，光信號 發生器2 308發射的光信號波長2通過波分復用器件311與反方向傳送來的 光信號波長1分離，光信號波長2傳送到耦合器313,分成兩束光信號在傳感 光纖(或光纜)305中逆時針方向傳輸，到達耦合器312後兩束光信號合併成 一束傳送到波分復用器310， 310分離光信號發射器1 307發射的光信號波長 2和312傳來的接收到的光信號波長2，光信號波長2被傳送到光電轉換接收 器2 306。通過處理306、 309輸出的信號，可獲得外場變化信息，定位應力、 應變或振動發生的位置。
本實施例中，所述傳感光纖(或光纜)305 、引導光纖(或光纜)303可 存在於同 一根光纜中或不同光纜中。
上述實施例僅用於說明本發明，而非用於限定本發明。
權利要求
1.一種基于波分復用的光纖傳感系統結構，包括光信號的發射接收部分、波分復用模塊、引導光纖(或光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)，其中傳感光纖(或光纜)與耦合模塊一起構成馬赫-澤德(Mach-Zehnder)幹涉儀，波分復用模塊連接到光信號的收發部分，引導光纖(或光纜)連接耦合模塊和波分復用模塊。其特徵在於光信號發射接收部分採用兩套發射和接收，兩套發射機發射的光信號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光纜)的兩個相反的傳輸方向上構成各自的馬赫-澤德幹涉儀。
2. 根據權利要求1所述的光纖傳感系統，其特徵在於，兩種波長的光信 號採用波分復用模塊進行分離，波分復用模塊濾除在接收方向的背向瑞利散 射噪聲和布裡淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統的接收靈敏 度，擴展了傳感系統的監控範圍。
3. 如權利要求1或2所述的光纖傳感系統，其中，根據光信號發射接收 部分發射的兩個波長之間的間隔，波分復用模塊包括兩個粗波分復用器件或 密集波分復用器件或兩個光環行器組合兩個光濾波器，用於分離發射光信號 和接收光信號，同時濾除背向瑞利散射噪聲和布裡淵散射噪聲。
4. 如權利要求1或2所述的光纖傳感系統，其中，耦合模塊分別將順時 針和逆時針發射光信號分成兩路幹涉信號，同時把從反方向來的幹涉光信號 進行耦合，輸送到波分復用模塊。
5. 根據權利要求1或2所述的光纖傳感系統，其特徵在於，波分復用模 塊、引導光纖(或光纜)和耦合模塊部分可以相互獨立或成為一個整體。
6. 根據權利要求1或2所述的光纖傳感系統，其特徵在於，引導光纖(或 光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一根光纜中。
全文摘要
本發明提供一種基于波分復用的光纖傳感系統結構，包括光信號的發射接收部分、波分復用模塊、引導光纖(或光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)；其中，光信號的發射接收部分發送兩路不同波長的光信號，通過波分復用模塊分離發射光信號和接收光信號，同時波分復用模塊還濾除背向瑞利散射噪聲和布裡淵散射噪聲，波分復用模塊、引導光纖(或光纜)和耦合模塊可以相互獨立或成為一個整體，引導光纖(或光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一根光纜中。
文檔編號G01D5/26GK101277151SQ20081011171
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月16日 優先權日2008年5月16日
發明者劍 伍, 超 左, 坤 徐, 林金桐, 洪小斌 申請人:北京郵電大學