CN101277151B - 一种基于波分复用的光纤传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于波分复用的光纤传感系统，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤或引导光缆、耦合模块和传感光纤或传感光缆；其中，光信号的发射接收部分发送两路不同波长的光信号，通过波分复用模块分离发射光信号和接收光信号，同时波分复用模块还滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声，波分复用模块、引导光纤或引导光缆和耦合模块相互独立或成为一个整体，引导光纤或引导光缆和传感光纤或传感光缆相互独立或在同一根光缆中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤传感系统结构，特别涉及一种基于波分复用的光纤传感系统结构。
背景技术
基于光纤光缆的分布式光纤传感系统，具有同时获取在监测光纤光缆敷设区域内被测量随时间和空间变化的信息的能力，适用于长距离光纤光缆系统的分布式侦听检测领域。该传感系统主要用于检测定位应力、应变和振动，对需要防护重要区域、目标如：军事重地、管制区域、各种重要管线以及重要国境线进行入侵预警和监视并提供精确定位，是安全防护领域的重要技术。
马赫-泽德干涉型光纤传感系统的传感部分是一种典型的马赫-泽德干涉仪。现有技术中的基本结构1如图1所示，2x2耦合器106和108、光纤(或光缆)107构成马赫-泽德干涉仪。光发射机102发射的光信号被1x2功分器104分成两束光，其中一束光经106、107、108、1x2功分器105后被光电转换接收器103接收，另一束光经105、108、107、106后被光电转换接收器101接收，通过处理101、103接收到的信号，可获得外场变化信息，定位应力、应变或振动发生的位置。
由光发射机102发射的光信号分为沿两个相反方向传输的光，如果传感光纤或传感光缆107的某部分受到外力作用产生形变或振动，那么在107中传输的光信号的相位会发生变化。通过检测两个方向的光信号波形变化的时间差，即可计算出应力、应变或振动发生的位置。
图1中所示现有技术中，光电转换接收机101、103采用单一的光电转换检测器。这种结构存在光电转换检测器输出的直流信号较高、输出的交流信号受偏振的影响、系统检测扰动位置时准确度较差、在长距离应用中灵敏度比较低等缺点。
现有技术中的基本结构2如图2所示，包括光信号的收发部分201、耦合模块1202、引导光纤或引导光缆203、耦合模块2204和传感光纤或传感光缆205，205形成一环形，与其它部分形成一封闭区域。光信号的收发部分201包括光发生器209、放大器206、210以及光电转换器207、208、211、212。其中206、207、208构成一个平衡检测光电转换接收器，210、211、212构成另一个平衡检测光电转换接收器。
图2中所示现有技术采用探测器对组成平衡探测器，克服了图1所示技术中光电转换检测器输出的直流信号较高、输出的交流信号受偏振的影响、系统检测扰动位置时准确度较差的缺点。
图1和图2所示的现有技术采用单一的光信号波长，接收模块接收的光信号中混杂了背向瑞利散射光信号噪声和布里渊散射光信号噪声，这些噪声在长距离监控系统中光发射模块需要发射大功率光信号时严重干扰了有用信号，限制了传感系统的监控范围和接收灵敏度。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于波分复用的光纤传感系统，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤或引导光缆、耦合模块和传感光纤或传感光缆。
所述传感光纤或传感光缆与耦合模块一起构成马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪，波分复用模块连接到光信号的收发部分，引导光纤或引导光缆将耦合模块连接到波分复用模块。
所述光信号发射接收部分采用两套发射和接收，两套发射机发射的光信号波长不同，两种波长的光信号分别在传感光纤或传感光缆的两个相反的传输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。
所述波分复用模块，根据光信号发射接收部分发射的两个波长之间的间隔，包括两个粗波分复用器件或两个密集波分复用器件或两个光环行器组合两个光滤波器，分离发射光信号和接收光信号，同时所述波分复用模块还滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声，降低了接收方向的噪声，提高了系统的接收灵敏度，扩展了传感系统的监控范围。
所述耦合模块分别将顺时针和逆时针方向的发射光信号分成两路干涉信号，同时把从反方向来的干涉光信号进行耦合，输送到波分复用模块。
所述波分复用模块、引导光纤或引导光缆和耦合模块部分相互独立或成为一个整体。
所述引导光纤或引导光缆和传感光纤或传感光缆相互独立或在同一根光缆中。
所述传感光纤或传感光缆通过两根光纤与耦合模块相连接来实现。
本发明的有益效果在于，光信号发射接收部分采用两套发射和接收，两套发射机发射的光信号波长不同，两种波长的光信号分别在传感光纤或传感光缆的两个相反的传输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。两种波长的光信号采用波分复用模块进行分离，在接收方向波分复用模块滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声，降低了接收方向的噪声，提高了系统的接收灵敏度，扩展了传感系统的监控范围。
附图说明
图1为现有技术中光纤传感系统结构1；
图2为现有技术中光纤传感系统结构2；
图3为本发明实施例1的光纤传感系统结构示意图；
图4为本发明实施例2的光纤传感系统结构示意图；
具体实施方式
本发明提供一种光纤传感系统结构。以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一
本发明提供一种光纤传感系统结构，如图3所示，该系统包括光信号的发射接收部分301、波分复用模块302、引导光纤或引导光缆303、耦合模块304和传感光纤或传感光缆305，305形成一环形，与其它部分形成一封闭区域。
本实施例中，所述光信号的发射接收部分301包括光信号发生器1307、光信号发生器2308、光电转换接收器1309和光电转换接收器1306。其中307、308发射的光信号波长不同，306、309接收的光信号波长也不同。
所述波分复用模块302包括两个具有波分复用功能的粗波分复用器件或密集波分复用器件310、311，具有波分复用功能的310、311也可以由光环行器与光滤波器组合而成，实现分离发射光信号和接收光信号。
所述引导光纤或引导光缆303包括2根光纤，用于连接波分复用模块302和耦合模块304。
所述耦合模块304包括两个1x2或2x2的耦合器312、313。
所述传感光纤或传感光缆305包括至少2根光纤，用于连接耦合器312、313，构成一个环。所述2根传感光纤并行置于一根光缆内，或以其它形式放置。
本实施例中，光信号发生器1307发射的光信号波长1通过波分复用器件310与反方向传送来的光信号波长2分离，光信号波长1通过引导光纤303传送到耦合器312，分成两束光信号在传感光纤或传感光缆305中顺时针方向传输，到达耦合器313后两束光信号合并成一束经引导光纤303传送到波分复用器311，311分离光信号发射器2308发射的光信号波长2和313传来的接收到的光信号波长1，光信号波长1被传送到光电转换接收器1309。在逆时针方向，光信号发生器2308发射的光信号波长2通过波分复用器件311与反方向传送来的光信号波长1分离，光信号波长2通过引导光纤303传送到耦合器313，分成两束光信号在传感光纤或传感光缆305中逆时针方向传输，到达耦合器312后两束光信号合并成一束经引导光纤303传送到波分复用器310，310分离光信号发射器1307发射的光信号波长2和312传来的接收到的光信号波长2，光信号波长2被传送到光电转换接收器2306。通过处理306、309输出的信号，可获得外场变化信息，定位应力、应变或振动发生的位置。
实施例二
本发明提供一种光纤传感系统结构，如图4所示，所述光纤传感系统结构实现功能与实施例一相同，但313处于远端，305不形成环形，与其它部分不形成一封闭区域。
本实施例中，耦合器313放置于远端，与312不在同一位置，因此传感光纤或传感光缆305不必构成一个环。光信号发生器1发射的光信号波长1通过波分复用器件310与反方向传送来的光信号波长2分离，光信号波长1传送到耦合器312，分成两束光信号在传感光纤或传感光缆305中顺时针方向传输，到达耦合器313后两束光信号合并成一束传送到波分复用器311，311分离光信号发射器2308发射的光信号波长2和313传来的接收到的光信号波长1，光信号波长1被传送到光电转换接收器1309。在逆时针方向，光信号发生器2308发射的光信号波长2通过波分复用器件311与反方向传送来的光信号波长1分离，光信号波长2传送到耦合器313，分成两束光信号在传感光纤或传感光缆305中逆时针方向传输，到达耦合器312后两束光信号合并成一束传送到波分复用器310，310分离光信号发射器1307发射的光信号波长2和312传来的接收到的光信号波长2，光信号波长2被传送到光电转换接收器2306。通过处理306、309输出的信号，可获得外场变化信息，定位应力、应变或振动发生的位置。
本实施例中，所述传感光纤或传感光缆305、引导光纤或引导光缆303可存在于同一根光缆中或不同光缆中。
上述实施例仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
Claims (6)
1.一种基于波分复用的光纤传感系统，包括光信号的发射接收部分、波分复用模块、引导光纤或引导光缆、耦合模块和传感光纤或传感光缆，其中传感光纤或传感光缆与耦合模块一起构成马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉仪，波分复用模块连接到光信号的发射接收部分，引导光纤或引导光缆连接耦合模块和波分复用模块，其特征在于光信号发射接收部分采用两套发射机和两套接收机，波分复用模块包括2个波分复用器，两套发射机发射的光信号波长不同，两个不同的光信号波长通过波分复用器分离，波分复用模块的波分复用器1接收发射光信号1并通过引导光纤或引导光缆与耦合模块中的耦合器1相连，波分复用模块的波分复用器2接收发射光信号2并通过引导光纤或引导光缆与耦合模块中的耦合器2相连，两种波长的光信号分别在传感光纤或传感光缆的两个相反的传输方向上构成各自的马赫-泽德干涉仪。
2.根据权利要求1所述的光纤传感系统，其特征在于，两种波长的光信号采用波分复用模块进行分离，波分复用模块滤除在接收方向的背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声。
3.如权利要求1或2所述的光纤传感系统，其中，根据光信号发射接收部分发射的两个波长之间的间隔，波分复用模块包括两个粗波分复用器件或两个密集波分复用器件或两个光环行器与两个光滤波器组合而成的器件，用于分离发射光信号和接收光信号，同时滤除背向瑞利散射噪声和布里渊散射噪声。
4.如权利要求1或2所述的光纤传感系统，其中，耦合模块分别将顺时针和逆时针发射光信号分成两路干涉信号，同时把从反方向来的干涉光信号进行耦合，输送到波分复用模块。
5.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于，波分复用模块、引导光纤或引导光缆和耦合模块部分相互独立或成为一个整体。
6.根据权利要求1或2所述的光纤传感系统，其特征在于，引导光纤或引导光缆和传感光纤或传感光缆相互独立或在同一根光缆中。
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