CN104019837B - 树形反射型光纤传感网络光谱获取系统 - Google Patents

Abstract

本发明的树形反射型光纤传感网络光谱获取系统包括激光单元、用于将激光单元产生的激光转换为脉冲激光的SOA、用于分光的耦合器、用于探测激光的探测器和处理激光信号的信号处理单元，并包括N个并联的传感单元，所述传感单元包括一个一分二耦合器和一个光纤法珀传感器，其中耦合器的输入端用于向所在传感单元输入脉冲激光信号。上述树形反射型光纤传感网络的功率分配方法如下：第n传感单元的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为x_n:(1‑x_n)，x₁ ²＝(1‑x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1‑x₁ ²)(1‑x₂ ²)…(1‑x_n‑1 ²)x_n ²。有益效果：所述的功率分配方法可避免因功率分配不均导致的某些传感器检测失效。进一步地，针对所述传感网络提出的光谱探测方案吸收了时分复用的优点，避免了系统中传感器之间的串扰问题。

Description

树形反射型光纤传感网络光谱获取系统

技术领域

本发明属于光学传感技术领域，具体涉及树形反射型光纤传感网络光谱获取系统。

背景技术

近年来，随着光纤传感技术在生物、医学、能源、环境、航天航空以及军事等领域的快速发展，光纤传感器的单一使用已无法满足应用需求，越来越多的应用需要实现对光纤传感器的复用。如何提高复用能力以降低系统的成本仍是一个长期未解决好的问题。尤其是具有可观应用前景的光纤法珀传感器，复用问题更为突出。

在现有技术中，有些反射型光纤传感器可以通过简单的串联或并联实现对传感器的复用，如FBG传感器。而光纤法珀传感器在利用串联实现复用时很难避免串联的不同传感器之间的串扰；通过并联实现复用时，若是并联网络中的传感器的功率分配不恰当，则可能导致无法检测到某些传感器反射回来的信号，同时在并联式复用系统中，若是获取光谱的方式不恰当，则也不能避免不同传感器之间的串扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的光纤传感系统无法通过简单的串并连实现对诸如光纤法珀传感器的有效复用。针对实际测量需求，对传感器串联、并联的混合结构复用进行研究，发挥各自的优点，提出一种树形反射型光纤传感网络光谱获取系统及其功率分配方法。

本发明的技术方案是：树形反射型光纤传感网络光谱获取系统，包括激光单元、用于将激光单元产生的激光转换为脉冲激光的SOA、用于分光的耦合器、用于探测激光的探测器和处理激光信号的信号处理单元，其特征在于，包括N个并联的传感单元，所述传感单元包括一个一分二耦合器和一个光纤法珀传感器，其中耦合器的输入端用于向所在传感单元输入脉冲激光信号，第一输出端与所在传感单元的光纤法珀传感器通过延时光纤相连接，第n传感单元的耦合器的第二输出端连接第n+1传感单元的耦合器的输入端相连接，其中n为不大于N‐1的正整数。

进一步的，上述光谱获取系统的第n传感单元的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为：

x_n:(1-x_n)，x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²。

进一步的，上述激光单元为可调激光器。

上述树形反射型光纤传感网络的功率分配方法，其特征在于，第n传感单元的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为：

x_n:(1-x_n)，x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²。

本发明的有益效果：本发明中所述的树形反射型光纤传感网络的功率分配方法可避免因功率分配不均导致的某些传感器检测失效。进一步地，针对所述传感网络提出的光谱探测方案吸收了时分复用的优点，避免了系统中传感器之间的串扰问题。

附图说明

图1为本发明树形反射型光纤传感网络光谱获取系统的传感单元的结构示意图；

图2为本发明光谱获取系统原理图。

具体实施方式

本发明的以下实施例是根据本发明的原理而设计，以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

如图1及图2所示，本发明的树形反射型光纤传感网络光谱获取系统，包括激光单元、用于将激光单元产生的激光转换为脉冲激光的SOA、用于分光的耦合器、用于探测激光的探测器和处理激光信号的信号处理单元，还包括N个并联的传感单元，所述传感单元包括一个一分二耦合器和一个光纤法珀传感器，其中耦合器的输入端用于向所在传感单元输入脉冲激光信号，第一输出端与所在传感单元的光纤法珀传感器通过延时光纤相连接，图中FPi即为第i传感单元中的光纤法珀传感器，第n传感单元的耦合器的第二输出端连接第n+1传感单元的耦合器的输入端相连接，其中n为不大于N‐1的正整数。其中，上述树形反射型光纤传感网络光谱获取系统的第n传感单元的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为x_n:(1-x_n)，x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²。上述激光单元优选采用可调激光器。上述延时光纤的作用是将不同传感器反射的脉冲光在时序上分开，以便探测系统能在时间上区分每一个传感器信号。比例为1-x_i(i＝1,2,…,n-1)的一端接下一个耦合器。各耦合器的分光比例需满足x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²。满足所述分光比例可以避免因为网络功率分配不均而致使的某些传感器失效。

本实施例进一步提出了上述树形反射型光纤传感网络的功率分配方法，该方法的主要创新点在于优化各传感单元的耦合器的光分配比例，具体的方案为第n传感单元的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为：

x_n:(1-x_n)，x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²。

本发明的原理在于，针对所述树形反射型光纤传感网络光谱获取系统的光谱探测系统包括可调激光器、脉冲SOA、耦合器、三端口环行器及探测装置，其中探测装置包含探测器和信号处理单元。所述探测系统中可调激光器在时序上产生不同波长的激光输入脉冲SOA的输入端，经脉冲SOA调制后产生脉冲光，然后进入一个1×2(一分二)耦合器后一路作为参考信号直接进入探测器，一路进入环形器的1端口并经2端口输出到树型复用光纤反射型传感器，由传感器反射回来的信号经环形器的3端口进入探测器，探测器将接收到的参考信号和反射信号转化为电信号并输入到信号处理单元；与此同时，脉冲SOA通过脉冲同步信号控制信号处理单元进行触发采集从探测器端输入的电信号。最后将采集到的信号进行处理以分析传感器性能或解析所需的检测参量。其传感系统的功率分配在于前后串联的n个1×2端口耦合器的分光比分别为x₁:(1-x₁),x₂:(1-x₂),……,x_n:(1-x_n)，其中比例为x_i(i＝1,2,…,n-1)的一端接光纤反射型传感器，比例为1-x_i(i＝1,2,…,n)的一端接后一个耦合器。各耦合器的分光比需满足x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²才能实现网络的最优化。其意义在于，每一个用于分光的耦合器需要满足特定的分光比才能实行网络的最优化。

如图2所示，本实施例的树形反射型光纤传感网络光谱获取系统包括探测装置，其由探测器和信号处理单元组成，探测器包括光信号输入端和电信号输出端，其作用为将光信号转换为电信号。

本领域的研究人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的研究人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.树形反射型光纤传感网络光谱获取系统，包括激光单元、用于将激光单元产生的激光转换为脉冲激光的SOA、用于分光的耦合器、用于探测激光的探测器和处理激光信号的信号处理单元，其特征在于，包括N个并联的传感单元，所述传感单元包括一个一分二耦合器和一个光纤法珀传感器，其中用于分光的耦合器的输入端用于向所在传感单元输入脉冲激光信号，第一输出端与所在传感单元的光纤法珀传感器通过延时光纤相连接，第n传感单元的用于分光的耦合器的第二输出端连接第n+1传感单元的用于分光的耦合器的输入端，其中n为不大于N-1的正整数；所述树形反射型光纤传感网络的第n传感单元的用于分光的耦合器的第一输出端和第二输出端的分光比为x_n:(1-x_n)，x₁ ²＝(1-x₁ ²)x₂ ²＝…＝(1-x₁ ²)(1-x₂ ²)…(1-x_n-1 ²)x_n ²,式中，x_n和1-x_n分别表示第n传感单元的用于分光的耦合器的第一输出端和第二输出端的光信号功率的百分比。

2.根据权利要求1所述的光谱获取系统，其特征在于，激光单元为可调激光器。