CN101520346A - 一种光纤布拉格光栅温度探测系统 - Google Patents

一种光纤布拉格光栅温度探测系统 Download PDF

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饶云江
冉曾令
补冲
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Abstract

本发明涉及使用全同光纤光栅作为传感器进行温度探测的技术。本发明针对现有技术温度探测系统不能空间定位的缺点，公开了一种成本相对较低、能进行空间定位的温度探测系统。本发明的技术方案是，一种光纤布拉格光栅温度探测系统，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光经环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长。本发明用于温度探测报警，特别适合对于温度的更密集的准分布式探测，节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，降低了探测成本。

Description

一种光纤布拉格光栅温度探测系统
技术领域
本发明涉及准分布式光纤布拉格光栅温度探测系统，特别涉及使用全同光纤光栅作为传感器进行温度探测以及使用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)技术定位的系统
背景技术
光纤布拉格光栅(fiber Brag grating简写为：FBG)作为一种新型的传感器，具有良好的稳定性、可靠性、对电磁波的不敏感性、小尺寸、适于在高温、腐蚀性或危险性环境使用的优点。外界温度变化时，FBG的中心波长会漂移，通过探测中心波长的漂移来获得外界温度变化，从而可以实现火灾报警。通常的FBG温度传感系统采用波分复用方式，使得波长资源被严重占用，同时波分复用方式，成本高，不能直接空间定位。然而，如果只需要温度报警，往往只需设置报警温度门限，而不需要知道具体温度。02115542.9号中国专利提出了一种利用宽带光源照射全同光栅，然后匹配滤波的方式实现温度报警的技术，成本低廉，缺点是宽带光源占用的带宽太多，并且不具有空间定位功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术上述缺点，提供一种成本相对较低、能进行空间定位的温度探测系统。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种光纤布拉格光栅温度探测系统，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光经环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；其特征在于：所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长；
具体的，任意2个FBG中心反射波长之差的绝对值≤20pm；
进一步的，所述FBG反射率低于10％；
进一步的，所述传感信号处理模块为OTDR处理模块，可以对背向散射光进行时域分析和处理；
优选的，当作为升温温度探测时，所述FBG中心反射波长小于所述传感激光波长；
优选的，当作为降温温度探测时，所述FBG中心反射波长大于所述传感激光波长；
进一步的，所述激光器发出的传感激光线宽≤0.1nm。
本发明的有益效果是，仅对一种波长解调，理论上传感器数量不受限制，特别适合对于温度的更密集的准分布式探测；节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，降低了探测成本。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
图2是分布单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明利用FBG的中心反射波长随温度的高低变化而变化的特点，温度升高，反射回来中心反射波长会向长波长方向移动；温度降低，反射回来中心反射波长会向短波长方向移动。本发明使用全同布拉格光纤光栅(简称全同光栅，即传感网中所有FBG的中心反射波长基本上相同，而且温度敏感特性一致，即温度发生变化，FBG的中心反射波长发生同样的变化)。相当于只对一种波长解调，理论上传感器数量不受限制，可以实现更密集的准分布式火灾探测，节约带宽资源，不需要复杂的解调技术，进一步降低成本。
实施例
如图1所示，本例光纤布拉格光栅温度探测系统，包括激光器、1譶耦合器以及n个分布单元构成的传感网(n≥1，为耦合器的分支数)。每个分布单元的结构包括环行器、FBG和传感信号处理模块，如图2所示。激光器发出的波长为λS的传感激光，经调制后以光脉冲的状态通过耦合器进入传感网。传感网中，所有FBG具有基本相同的中心反射波长λC。在每分布单元中，传感激光由环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块。当温度发生变化时，由于各个FBG所处区域温度不同，FBG中心反射波长移动大小不同，反射回来解调后的信号呈一定的梯形分布。波长移动最大的点温度最高，波长移动最小的点温度最低，脉冲信号被展宽。应用于火灾探测，由于只需要知道最高温度，检测出长波长方向的边缘所代表的温度的最大值，由这个值来判断火灾是否发生。利用OTDR处理模块，由此展宽的脉冲对应的时域的值，就能够计算出温度异常变化点的位置(距离)。
本例中激光器采用DFB(Distribute Feedback)激光器，具有高性能、低成本的特点。光源相对强度噪声低，传感激光波长λS＝1549.5nm，线宽≤0.1nm。本例系统主要用于升温温度探测(温度超过设定值是，系统发出报警)，传感网中FBG中心反射波长λC低于传感激光波长λS0.3～2nm，并要求任一FBG的中心反射波长λi满足：|λi—λC|≤20pm，可以保证各个FBG传感器的温度报警值差别在±1℃以内，进一步简化OTDR处理模块结构和提高传感器分布密度。由于FBG的高灵敏性，光源不需要放大即可送入到传感光纤，用以实现各种分布式传感。背向瑞利散射光的处理可以根据不同的探测要求决定，本例采用OTDR处理模块对背向散射光进行处理。每个分布单元的背向瑞利散射光分别进行处理，互不影响。
本发明不仅可以实现分布到用户的温度探测，实现防火功能。利用传感激光同样可以进行网络安全状况监测。其融合进接入网后，可以通过传感激光传输状态的测试来实现通信网络的安全状况分析。

Claims (7)

  1. 【权利要求1】一种光纤布拉格光栅温度探测系统，包括激光器、耦合器、环行器、FBG构成的传感网以及传感信号处理模块；所述激光器发出的传感激光，经调制后通过耦合器分成n路进入传感网；在每一路传感网中，传感激光由环形器进入FBG，背向散射光通过环行器进入传感信号处理模块；其特征在于，所述传感网中所有FBG具有基本相同的中心反射波长。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，任意2个FBG中心反射波长之差的绝对值≤20pm。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1或2所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，所述FBG反射率低于10％。
  4. 【权利要求4】根据权利要求1、2或3所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，所述传感信号处理模块为OTDR处理模块，可以对背向散射光进行时域分析和处理。
  5. 【权利要求5】根据权利要求1～4任意一项所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，当作为升温温度探测时，所述FBG中心反射波长小于所述传感激光波长。
  6. 【权利要求6】根据权利要求1～4任意一项所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，当作为降温温度探测时，所述FBG中心反射波长大于所述传感激光波长。
  7. 【权利要求7】根据上述任意一项权利要求所述的一种光纤布拉格光栅温度探测系统，其特征在于，所述激光器发出的传感激光线宽≤0.1nm。
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