CN105222884A - 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 - Google Patents
一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105222884A CN105222884A CN201510705391.1A CN201510705391A CN105222884A CN 105222884 A CN105222884 A CN 105222884A CN 201510705391 A CN201510705391 A CN 201510705391A CN 105222884 A CN105222884 A CN 105222884A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- port
- fiber
- light
- grating
- low light
- 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
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法。本发明主要适用于分布式光纤振动传感,在长度为的普通单模光纤上每隔L刻写一个低反射光纤光栅,形成刻写有n个低反射光纤光栅的传感光纤,通过光电探头测量脉冲光经过相邻两个低反射光纤光栅反射回来的干涉光强以及脉冲光到达时间差来确定振动信号强弱和振动位置,从而实现了分布式振动传感。本发明采用普通激光光源,具有结构简单、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域,特别涉及了一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法。
背景技术
光纤的出现带来了通信技术和传感技术的革命,基于光纤的通信系统已经成为当今信息社会的重要基础设施,而光纤传感器也已经成为物联网技术发展不可或缺的一部分。当光波在光纤中传输时,其特征参量振幅、相位、偏振态、波长等会因外界因素如温度、压力、应变等值接或间接地发生变化,从而可将光纤用作传感元件探测物理量。光纤传感技术就是利用光纤对某些物理量敏感的特性,将外界物理量转换成可以直接测量的信号的技术。光纤传感技术是光学领域最为重要的传感技术之一,分布式光纤传感技术是光纤传感技术中最具优势的技术之一,已经被广泛应用于石化、建筑、航天、航空、高铁、桥梁、国防等领域。
利用光纤传感技术可以实现分布式振动传感,目前实现分布式振动传感的光纤传感系统主要采用价格高昂的低噪声窄线宽激光器作为光源,并结合声光或电光调制器获得光脉冲,窄线宽激光器及调制系统成为分布式振动传感系统成本居高不下的主要原因,限制了其大规模应用。因此,发明一种不需要窄线宽激光器、成本低廉的分布式振动传感方法具有重要意义。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足,提出了一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法。
本发明的方法包括以下步骤:
步骤(1)选择一段长度为nL的普通单模光纤;利用成熟的光纤光栅刻写技术在普通单模光纤上每隔L刻写一个低反射光纤光栅,光纤光栅的反射波长为λ0,这样制作形成一段长度为nL的传感光纤;
步骤(2)选择一个输出波长为λ0的普通脉冲光源;选择工作波长覆盖λ0的一个光环形器、两个光耦合器、一段长度为2L的延时光纤、一个光电探头和一台计算机。
步骤(3)将输出波长为λ0的普通脉冲光源的输出端口和光环形器的第一端口光纤连接;将光纤环形器的第二端口和长度为nL的传感光纤光纤连接;将光纤环形器的第三端口和第一个光耦合器的输入第一端口光纤连接;将第一个光耦合器的第二端口和长度为2L的延时光纤的一个端口光纤连接;第一个光耦合器的第三端口和第二个光耦合器的第三端口光纤连接;长度为2L的延时光纤的另外一个端口和第二个光耦合器的第二端口光纤连接;第二个光耦合器的第一端口和光电探头的输入端口光纤连接;光电探头的输出端口和计算机用数据线连接;
步骤(4)开启输出波长为λ0的普通脉冲光源,获得周期性的脉冲输出;以脉冲注入传感光纤为计时零点,当时间
tm=2mLneff/c,m=1,2,3······(1)
时,光电探头获得的光强恰好是第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强,neff为传感光纤的有效折射率;由于这两部分光光程相同,对光源的相干性要求低;当第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅之间的光纤受到外界振动信号扰动时,生产了和振动信号对应的附加相位φm,从而使得第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强发生改变,即在时间tm时刻,光电探头获得的光强为
Im=f(tm,φm)(2)
通过光电探头获得的光强信号,由计算机通过公式(1)(2)计算时间及光强信号对应的相位信号,相位信号和振动信号一一对应,从而获得振动信号的强弱及位置。
本发明主要适用于分布式光纤振动传感,在长度为nL的普通单模光纤上每隔L刻写一个低反射光纤光栅,形成刻写有n个低反射光纤光栅的传感光纤,通过光电探头测量脉冲光经过相邻两个低反射光纤光栅反射回来的干涉光强以及脉冲光到达时间差来确定振动信号强弱和振动位置,从而实现了分布式振动传感。本发明采用普通激光光源,具有结构简单、成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明实施例中计算机分析获得的振动信号。
具体实施方式
如图1所示,实现准分布式振动传感的装置包括一台普通脉冲光源1、一个光环形器2、一段长度为10km的传感光纤3、第一个光耦合器4、一段长度为100m的延时光纤5、第二个光耦合器6、一个光电探头7和一台计算机8。
具体实现准分布式振动传感的方法包括以下步骤:
(1)选择一段长度为nL=200×50=10000m的普通单模光纤;利用成熟的光纤光栅刻写技术在普通单模光纤上每隔50m刻写一个低反射光纤光栅,光纤光栅的反射波长为λ0=1550nm,这样制作形成一段长度为10000m的传感光纤3;
(2)选择一个输出波长为λ0=1550nm的普通脉冲光源1;选择工作波长覆盖λ0=1550nm的一个光环形器2、第一个光耦合器4、一段长度为100m的延时光纤5、第二个光耦合器6、一个光电探头7和一台计算机8。
(3)将输出波长为λ0=1550nm的普通脉冲光源1的输出端口和光环形器2的第一端口光纤连接;将光纤环形器2的第二端口和长度为10000m的传感光纤3光纤连接;将光纤环形器2的第三端口和第一个光耦合器4的输入第一端口光纤连接;将第一个光耦合器4的第二端口和长度为100m的延时光纤5的一个端口光纤连接;第一个光耦合器4的第三端口和第二个光耦合器6的第三端口光纤连接;长度为100m的延时光纤5的另外一个端口和第二个光耦合器6的第二端口光纤连接;第二个光耦合器6的第一端口和光电探头7的输入端口光纤连接;光电探头7的输出端口和计算机8用数据线连接;
(4)开启输出波长为λ0=1550nm的普通脉冲光源1,获得周期性的脉冲输出;以脉冲注入传感光纤为计时零点,当时间
tm=2mLneff/c,m=1,2,3······(1)
时,光电探头7获得的光强恰好是第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强,neff为传感光纤的有效折射率;由于这两部分光光程相同,对光源的相干性要求低;当第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅之间的光纤受到外界振动信号扰动时,生产了和振动信号对应的附加相位φm,从而使得第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强发生改变,即在时间tm时刻,光电探头7获得的光强为
Im=f(tm,φm)(2)
通过光电探头7获得的光强信号,由计算机通过公式(1)(2)计算时间及光强信号对应的相位信号,相位信号和振动信号一一对应,从而获得振动信号的强弱及位置。
图2给出了经过计算机处理的振动信号,在位于6000m的附近出现了一个振动信号。
本发明主要利用了近年来发展起来的分布式光纤传感技术,在长度为nL的普通单模光纤上刻制作了n个低反射光纤光栅,利用了相邻两个低反射光纤光栅反射回来的干涉光强对振动的敏感性,通过光电探头测量光信号强弱以及信号到达时间差来确定振动信号强弱和振动位置,从而实现了分布式振动传感。本发明采用普通激光光源,具有结构简单、成本低廉等优点。
Claims (1)
1.一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
步骤(1)选择一段长度为nL的单模光纤;利用光纤光栅刻写技术在单模光纤上每隔L刻写一个低反射光纤光栅,光纤光栅的反射波长为λ0,这样制作形成一段长度为nL的传感光纤;
步骤(2)选择一个输出波长为λ0的脉冲光源;选择工作波长覆盖λ0的一个光环形器、两个光耦合器、一段长度为2L的延时光纤、一个光电探头和一台计算机;
步骤(3)将输出波长为λ0的脉冲光源的输出端口和光环形器的第一端口光纤连接;将光纤环形器的第二端口和长度为nL的传感光纤光纤连接;将光纤环形器的第三端口和第一个光耦合器的输入第一端口光纤连接;将第一个光耦合器的第二端口和长度为2L的延时光纤的一个端口光纤连接;第一个光耦合器的第三端口和第二个光耦合器的第三端口光纤连接;长度为2L的延时光纤的另外一个端口和第二个光耦合器的第二端口光纤连接;第二个光耦合器的第一端口和光电探头的输入端口光纤连接;光电探头的输出端口和计算机用数据线连接;
步骤(4)开启输出波长为λ0的脉冲光源,获得周期性的脉冲输出;以脉冲注入传感光纤为计时零点,当时间
tm=2mLneff/c,m=1,2,3……(1)
时,光电探头获得的光强恰好是第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强,neff为传感光纤的有效折射率;由于这两部分光光程相同,对光源的相干性要求低;当第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅之间的光纤受到外界振动信号扰动时,生产了和振动信号对应的附加相位φm,从而使得第m个低反射光纤光栅和第m+1个低反射光纤光栅所反射的两部分光的干涉光强发生改变,即在时间tm时刻,光电探头获得的光强为
Im=f(tm,φm)(2)
通过光电探头获得的光强信号,由计算机通过公式(1)(2)计算时间及光强信号对应的相位信号,相位信号和振动信号一一对应,从而获得振动信号的强弱及位置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510705391.1A CN105222884B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510705391.1A CN105222884B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105222884A true CN105222884A (zh) | 2016-01-06 |
CN105222884B CN105222884B (zh) | 2018-07-27 |
Family
ID=54991963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510705391.1A Active CN105222884B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105222884B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106546320A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-03-29 | 三峡大学 | 一种基于菲索干涉的超弱光栅周界安防系统 |
CN107764390A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-03-06 | 广西师范大学 | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5680489A (en) * | 1996-06-28 | 1997-10-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensor system utilizing bragg grating sensors |
JP2000180270A (ja) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Fuji Electric Co Ltd | 物理量測定システム |
CN104181635A (zh) * | 2014-08-15 | 2014-12-03 | 山东省科学院激光研究所 | 光强分布式解调系统及分布式传感光纤 |
CN204115855U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-01-21 | 华中科技大学 | 一种光纤振动传感器 |
-
2015
- 2015-10-26 CN CN201510705391.1A patent/CN105222884B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5680489A (en) * | 1996-06-28 | 1997-10-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensor system utilizing bragg grating sensors |
JP2000180270A (ja) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Fuji Electric Co Ltd | 物理量測定システム |
CN104181635A (zh) * | 2014-08-15 | 2014-12-03 | 山东省科学院激光研究所 | 光强分布式解调系统及分布式传感光纤 |
CN204115855U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-01-21 | 华中科技大学 | 一种光纤振动传感器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
孙志峰 等: "分布式光纤振动传感网络周界", 《光通信研究》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106546320A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-03-29 | 三峡大学 | 一种基于菲索干涉的超弱光栅周界安防系统 |
CN106546320B (zh) * | 2016-11-24 | 2019-05-10 | 三峡大学 | 一种基于菲索干涉的超弱光栅周界安防系统 |
CN107764390A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-03-06 | 广西师范大学 | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105222884B (zh) | 2018-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102323239B (zh) | 一种基于非对称双芯光纤的折射率传感器 | |
CN103090813B (zh) | 一种基于ofdr系统测量保偏光纤拍长及应变的高分辨率传感系统 | |
CN103591971B (zh) | 一种光纤光栅的定位方法 | |
CN106680535B (zh) | 基于光纤布喇格光栅反射谱特性实现激光拍频的差动型光学加速度计 | |
CN103674117A (zh) | 基于拉曼散射同时测量全同弱光纤光栅温度与应变的方法及装置 | |
CN105021307A (zh) | 一种实现全光纤分布式多参量传感的方法 | |
CN105371785B (zh) | 一种曲率测量方法 | |
CN103411542A (zh) | 一种基于Mach-Zehnder干涉的光纤微位移传感器及其制作方法 | |
CN203657934U (zh) | 基于Sagnac环的反射型长周期光纤光栅温度和折射率双参数传感装置 | |
CN102721484A (zh) | 一种基于布里渊散射的分布式光纤传感装置 | |
CN104062236A (zh) | 一种基于腔衰荡技术的大气能见度检测装置及应用方法 | |
CN110595599B (zh) | 减少光纤振动系统偏振衰落的方法及应用其的探测系统 | |
CN103076160B (zh) | 一种基于自相干的otdr系统测量单模光纤拍长的系统 | |
CN105222884A (zh) | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 | |
CN102095434A (zh) | 一种反射型全光纤干涉系统 | |
CN107167225B (zh) | 一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法 | |
CN103234590A (zh) | 一种油田井下光纤流量传感器 | |
Xiaofei et al. | Development of optical fiber strain monitoring system based on BOTDR | |
CN205175545U (zh) | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感装置 | |
CN101738215B (zh) | 一种基于多次反射的双光束脉冲干涉法 | |
CN204788432U (zh) | 一种实现全光纤分布式多参量传感的装置 | |
CN203672333U (zh) | 一种基于腰椎放大熔接光纤光栅的曲率传感器 | |
CN106017513A (zh) | 一种基于光学相干干涉的测量系统 | |
CN204269222U (zh) | 一种实现准分布式振动传感的装置 | |
CN104316159B (zh) | 一种实现准分布式振动传感的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |