CN101814954A - 一种光时域反射装置 - Google Patents
一种光时域反射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101814954A CN101814954A CN201010150195A CN201010150195A CN101814954A CN 101814954 A CN101814954 A CN 101814954A CN 201010150195 A CN201010150195 A CN 201010150195A CN 201010150195 A CN201010150195 A CN 201010150195A CN 101814954 A CN101814954 A CN 101814954A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- optical
- optical filter
- detector
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 85
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 17
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009440 infrastructure construction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明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。本发明减小了耦合损耗，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。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，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。
背景技术
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OTDR称为BOTDR(Brillouin OpticalTime-Domain Reflectometry)。以下均以拉曼效应为例说明，BOTDR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。
发明内容
本发明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。
本发明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前。
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ROTDR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。
在本发明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。
本发明具有如下优点和效果：
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明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ROTDR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为本发明的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：
本发明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。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
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310置于第一透镜210后，并与反射光成一定角度，考虑到偏振相关性能指标，该角度一般在10或11或12或13或14或15度，满足反射光从第二光纤120经过第二光学透镜220抵达第一光学滤波器310后反射至下端的光探测器装置；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反射过来的光成一定角度，考虑到偏振相关性能指标，该角度一般在12度左10或11或12或13或14或15度右，满足部分频率的光透过第二光学滤波器320经过第四透镜240耦合到第一光探测器410中，同时，部分频率的光从第二光学滤波器320反射；第三光学滤波器330置于第三透镜230和第二光探测器420前，满足从第二光学滤波器320反射过来的光经过第三光学滤波器330后，第三光学滤波器330一定角度放在第三透镜230与第二光学滤波器320之间，第三光学滤波器330角度小于12度。部分频率透射并经过第三透镜230耦合到第二光探测器420中。
光源的光信号入射进入第一光纤110，从第一光纤110出射光斑经过第一透镜210准直后，透过第一光学滤波器310后再经过第二透镜220，光信号经第二透镜220后进入第二光纤120。
为了达到最佳的耦合效果，经第二透镜220后的光信号的光斑的模场半径要与第二光纤120的模场半径一致。典型的可满足如下条件(图4)：
在图1中，光信号进入第二光纤120后，经过一段距离的传输，由于拉曼效应产生的斯托克斯分量和反斯托克斯分量反方向再次进入第二光纤120，经第二透镜220准直后，由第一光学滤波器310反射后，分为两条路径，一条是经第二光学滤波器320滤波后，经第四透镜240聚焦后入射在第一光探测器410上。另一条光路经第二光学滤波器320反射后再次经第三光学滤波器330滤波后，经第二光学滤波器320聚焦后进入第二光探测器420。
这里所述的光滤波器是为了分离斯托克斯分量和反斯托克斯，同时尽量减小原来的光信号对这两个分量的干扰，增加第三光学滤波器330也是为了减少两个分量间的串扰。一种典型的光滤波器的谱线如图4所示。
Claims (4)
1.一种光时域反射装置，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。
2.根据权利要求1所述的一种光时域反射装置，其特征在于：所述的第一光学滤波器(310)与反射光的角度为10-15度。
3.根据权利要求1所述的一种光时域反射装置，其特征在于：所述的第二光学滤波器(320)与反射光的角度为10-15度。
4.根据权利要求1所述的一种光时域反射装置，其特征在于：所述的第三光学滤波器(330)与入射光的角度为小于12度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010150195.XA CN101814954B (zh) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | 一种光时域反射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010150195.XA CN101814954B (zh) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | 一种光时域反射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101814954A true CN101814954A (zh) | 2010-08-25 |
| CN101814954B CN101814954B (zh) | 2015-06-03 |
Family
ID=42622086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010150195.XA Expired - Fee Related CN101814954B (zh) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | 一种光时域反射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101814954B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102369679A (zh) * | 2011-08-24 | 2012-03-07 | 华为技术有限公司 | 一种多通道光学组件以及测试系统 |
| WO2020019327A1 (zh) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 华为技术有限公司 | 一种光时域反射仪及具有光时域反射功能的光组件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5082368A (en) * | 1987-11-06 | 1992-01-21 | U.S. Philips Corp. | Heterodyne optical time domain reflectometer |
| US20080055589A1 (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Yokogawa Electric Corporation | Bidirectional optical module and optical time domain reflectometer equipped with the bidirectional optical module |
-
2010
- 2010-04-14 CN CN201010150195.XA patent/CN101814954B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5082368A (en) * | 1987-11-06 | 1992-01-21 | U.S. Philips Corp. | Heterodyne optical time domain reflectometer |
| US20080055589A1 (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Yokogawa Electric Corporation | Bidirectional optical module and optical time domain reflectometer equipped with the bidirectional optical module |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102369679A (zh) * | 2011-08-24 | 2012-03-07 | 华为技术有限公司 | 一种多通道光学组件以及测试系统 |
| WO2012119412A1 (zh) * | 2011-08-24 | 2012-09-13 | 华为技术有限公司 | 一种多通道光学组件以及测试系统 |
| CN102369679B (zh) * | 2011-08-24 | 2014-07-30 | 华为技术有限公司 | 一种多通道光学组件以及测试系统 |
| WO2020019327A1 (zh) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 华为技术有限公司 | 一种光时域反射仪及具有光时域反射功能的光组件 |
| CN112368549A (zh) * | 2018-07-27 | 2021-02-12 | 华为技术有限公司 | 一种光时域反射仪及具有光时域反射功能的光组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101814954B (zh) | 2015-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102301206B (zh) | 光纤测量仪 | |
| CN102868447B (zh) | 一种光纤光栅追踪器与光纤线路故障检测方法 | |
| CN102003944B (zh) | 共路补偿的多尺度准分布式白光干涉应变测量装置及方法 | |
| CN103063242A (zh) | 基于光时域反射与光纤光栅分布式实时监测系统及方法 | |
| CN102175268A (zh) | 基于时分复用和匹配光纤光栅技术的准分布式传感网络 | |
| CN101298992A (zh) | 基于光纤腔衰荡技术的分布式光纤传感器 | |
| CN102752051B (zh) | 具有光时域反射功能的光网络单元光组件 | |
| CN103940360A (zh) | 一种基于级联啁啾光纤光栅的应变监测装置 | |
| CN109150311A (zh) | 一种基于光纤环腔衰荡技术的多参量传感网络 | |
| CN102243102B (zh) | 一种可同时测量功率和波长的光电测量装置 | |
| CN102012284B (zh) | 一种用于分布式光纤温度传感器的光电装置 | |
| CN101814954B (zh) | 一种光时域反射装置 | |
| CN202770555U (zh) | 远程分布式光纤拉曼温度传感器和环形区域测温装置 | |
| Fu et al. | A novel fiber Bragg grating sensor configuration for long-distance quasi-distributed measurement | |
| CN104254987A (zh) | 用于光纤网络上光功率的内联测量的多波长光学组件 | |
| CN101769819B (zh) | 光纤色散测量仪 | |
| CN102081197B (zh) | 一种波分复用器件 | |
| CN201653556U (zh) | 梳状滤波探测器及波长监控器 | |
| CN201662404U (zh) | 一种光时域反射装置 | |
| CN105424218A (zh) | 一种变压器双光束干涉型测温装置 | |
| CN203785810U (zh) | 一种用于多通道分布式光纤温度传感系统的微型光模块 | |
| ITBG20070041A1 (it) | Filtro per un sensore di temperatura in fibra ottica e relativo metodo di filtraggio | |
| CN102253454A (zh) | 一种全光纤化的分光装置 | |
| CN202133797U (zh) | 一种全光纤化的分光装置 | |
| CN202041283U (zh) | 一种可同时测量功率和波长的光电测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150603 |