CN101908268A - 一种基于光纤光栅的监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于光纤光栅的监测系统，涉及基于光纤光栅的监测系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。该监测系统的宽带光源(1)接四端口环形器的第一端(21)，环形器的第二端(22)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32、...、3n)，环形器的第三端(23)接宽带光纤光栅(30)的的一端，宽带光纤光栅(30)的另一端接第一光电探测器(41)，环形器的第四端接第二光电探测器(42)。第1至第n个窄带布拉格光纤光栅的波长相同，反射率不相同，其中n≥2。该系统制作容易，结构简单、性价比高。

Description

一种基于光纤光栅的监测系统
技术领域
本发明涉及基于光纤光栅的监测系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。
背景技术
光纤具有感测和传输双重功能，具有柔韧易弯曲、质量轻、抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、传输频带宽以及可埋入性等优点。光纤光栅传感器除了具有光纤传感器的许多优点外，还有一些明显优于其他光纤传感器的地方。它是作为一种光谱分离与光波长选择的器件，信号不受弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响；避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题。在一根光纤上串接多个光纤光栅，把光纤嵌入(或粘于)被测结构，可同时得到几个测量目标的信息，并可实现准分布式测量。
目前，光纤光栅传感器已应用在桥梁、大坝、大型建筑、石化、电力、钢铁、核工业、飞机船舶制造、医疗等多种场合。而光纤光栅传感器不仅可以象传统传感器一样贴在结构物表面用于测量，也可以嵌入结构物内部测量物理量。这样就极大的方便了光纤光栅传感器在实际工程中的应用。
目前限制光纤光栅传感器大量实际应用的最主要障碍是传感信号的解调。正在研究的光纤光栅解调方法很多，但能够实际应用的解调产品并不多，而且价格较高。一般的分布式光纤光栅监测系统，所采用的传感光纤光栅阵列和匹配光纤光栅阵列的数量相同，且波长完全匹配，所需要的光纤光栅数量较多，结构比较复杂，解调系统昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种方便实用、廉价的基于光纤光栅的监测系统。
本发明的技术方案：
一种基于光纤光栅的监测系统，其宽带光源的输出接四端口环形器的第一端口，环形器的第二端口串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅，环形器的第三端口接宽带光纤光栅的一端，宽带光纤光栅的另一端接第一光电探测器，环形器的第四端口接第二光电探测器。
第一至第n个窄带布拉格光纤光栅的波长相同，反射率不相同，其中n≥2。
本发明的有益效果：本发明提出的基于光纤光栅的监测系统，结构简单，易于实现，并能实现长距离的监测；只需要光电探测器就可以判断出哪个窄带布拉格光纤光栅附近发生了危险情况，不需要高昂的解调设备，价格便宜，性价比高；使用中心波长一致的窄带布拉格光纤光栅，制作简单；采用两个光电探测器，消除了光源波动的影响，能准确判断出发生危险情况的位置。
附图说明
图1一种基于光纤光栅的监测系统示意图。
具体实施方式
一种基于光纤光栅的监测系统，如图1。其宽带光源1的输出接四端口环形器2的第一端口21，环形器的第二端口22串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅31、32...、3n，环形器的第三端口23接宽带光纤光栅30的一端，宽带光纤光栅30的另一端接第一光电探测器41，环形器的第四端口24接第二光电探测器42。
第一至第n个窄带布拉格光纤光栅的波长相同，反射率不相同，其中n≥2。
第一至第n个窄带布拉格光纤光栅的波长采用现有的使用范围1500nm～1600nm，本发明是取此范围内的任意波长，并且波长相同。
第一至第n个窄带布拉格光纤光栅的反射率采用现有的使用范围0％～100％，本发明是取此范围内的任意反射率，并且反射率均不相同。
根据测试范围和测试精度来确定窄带布拉格光纤光栅的数量。
使用基于光纤光栅的监测系统时，将第一至第n个窄带布拉格光纤光栅铺设在所需监测的监测地点。测试第一至第n个窄带布拉格光纤光栅透过宽带光纤光栅30的光功率。设第一至第n个的反射率分别为R1、R2…Rn。
对反射率为R1的第一窄带布拉格光纤光栅31处进行初始测试时，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率为
Figure BSA00000206224400031
对反射率为R2的第二窄带布拉格光纤光栅32处进行初始测试时，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率为
Figure BSA00000206224400032
…；对反射率为Rn的第n窄带布拉格光纤光栅处进行初始测试时，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率为
Figure BSA00000206224400033
宽带光源1的初始光功率为P0。
一旦发生危险情况时：
(1)当宽带光源1无波动，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率为P1，第二光电探测器42探测到的光功率为0。比较光功率P1与
Figure BSA00000206224400034
Figure BSA00000206224400035
的值，便可知道是哪个窄带布拉格光纤光栅处发生危险情况。
(2)当宽带光源1有波动时，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率为P1′，第二光电探测器42探测到的光功率为P2′。通过第一和第二光电探测器的校准，消除宽带光源1波动的影响，第一光电探测器41探测到透过宽带光纤光栅30的光功率应为P1′/(1-P2′/P0)，比较P1′/(1-P2′/P0)与
Figure BSA00000206224400036
Figure BSA00000206224400037
的值，便可知道是哪个窄带布拉格光纤光栅处发生危险情况。
本发明所使用的器件均为市售器件。

Claims (1)

1.一种基于光纤光栅的监测系统，其特征在于：宽带光源(1)的输出接四端口环形器(2)的第一端口(21)，环形器的第二端口(22)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32...、3n)，环形器的第三端口(23)接宽带光纤光栅(30)的一端，宽带光纤光栅(30)的另一端接第一光电探测器(41)，环形器的第四端口(24)接第二光电探测器(42)；
第1至第n个窄带布拉格光纤光栅的波长相同，反射率不相同，其中n≥2。
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