CN110887525A - 基于微纳光纤耦合器sagnac环的ctd传感阵列 - Google Patents

Abstract

本发明针对海水温盐深一体化监测应用需求，克服现有各型温度、盐度、深度传感器不足，提出了一种基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，由可调谐波长扫描光源、可调谐光开关、n个光环形器、n‑1个基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感器、FBG温度传感器、合束器、光电探测器、数据采集卡、信号处理计算机及CT电学式传感器组成，采用可调谐光开关实现多传感探头空分复用级联，进而通过高精度可调谐光源实现温盐深一体化信号解调处理，具有结构紧凑、模块化集成度高、数据兼容性强、成本低、灵敏度高等特点。

Description

基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列

技术领域

本发明涉及海洋环境监测及一种光纤传感技术领域，尤其是一种基于微纳光纤耦合器SAGNAC环(microfiber coupler combined Sagnac loop,MCSL)的CTD传感阵列。

背景技术

海洋环境各要素参量直接影响海洋经济开发、海洋环境保护、海上装备及设备运行效能与安全等海洋相关活动，对海洋各环境要素进行实时、高效、快速、原位、大规模、连续监测，是一项艰巨而复杂的工作，也是开发海洋、经略海洋必需具备的能力。因此，发展海洋环境监测技术、开发相关装备仪器是建设海洋强国的必经之路，相关工作意义重大，影响深远。其中：海水温度、盐度分布直接决定海洋跃层分布，进而影响海上及水下平台运行安全；除此之外，海水的温、盐、深、流速等动力学环境要素还直接决定水声传播特性，进而决定着声纳探测设备的使用方式和工作性能等。

在深海环境中，海水温度、盐度等水文参量会随着海洋深度在大尺度空间范围内变化而变化，这种垂直方向的温度、盐度变化又直接决定海水内波、水声信道等海洋物理现象与规律，因此需实时原位监测。而要实现深海环境大范围实时、原位动态水文环境监测，显然单个传感器难以满足应用需求。借鉴水声监测技术和国外水文参量发展现状来看，准分布式阵列化传感是实现高效、大尺度空间、实时、原位海洋环境监测最有效的途径。

目前，用于海洋环境温盐深监测的主要装备多为电学式CTD，其存在价格昂贵、体积大、布放困难、容易受电磁干扰等问题，难以满足海水表面特性测量等极端环境监测需求。并且各环境参量多采用分立设备一一进行监测和信号处理，要实现海区大范围监控，需要大量传感器组合阵列，因此存在投资巨大、系统复杂且可靠性低、数据兼容与综合处理困难等问题。鉴于此，为适应海洋战略发展需求，需大力开发数据兼容性强、成本低廉、结构紧凑、集成度高、方便布放并满足高精度原位测量需求的海水温盐深一体化监测技术与装备。

经过多年的发展与技术沉淀，当前各型光纤传感器具有制作简单、成本低、灵敏度高、体积小、结构紧凑轻便、便于集成复用、可实现多参量原位传感等优点，因此在海洋环境监测及其他领域均展现了巨大的应用潜力，并被看作是新一代海洋环境综合监测系统的良好选择方案。

鉴于此，近些年来许多学者开展了基于光纤的海洋温度、盐度、压力等参量传感器的研制工作。包括基于细芯光纤和标准单模光纤级联的两点海水温度传感(如专利申请号为CN201820164622.1的中国专利)，基于长周期光纤光栅的温度传感(如专利申请号为CN201110430475.0和CN201510677296.5的中国专利)、盐度传感(如专利申请号为CN201610852789.2的中国专利)、温度和深度同时传感(如专利申请号为CN201110189749.1的中国专利)，基于多模光纤和单模光纤级联而成的盐度和温度同时传感(如专利申请号为CN201811029113.9的中国专利)，基于空芯光纤双SPR效应的盐度和温度同时传感(如专利申请号为CN201910409468.9的中国专利)，基于楔型微孔光纤光栅SPR效应(如专利申请号为CN201810376083.2的中国专利)、基于偏芯光纤(如专利申请号为CN201910288185.3的中国专利)、基于MEMS技术和膜材料的高集成度微型光纤(如专利申请号为CN201910342413.0的中国专利)的温盐深三参量同时传感。以上各型海洋环境参量光纤传感器具有结构紧凑、抗电磁干扰等优势，但要满足高性能、低成本的海水温盐深三参量传感应用需求，还需进一步提高灵敏度，并解决制作复杂、难以集成复用、环境适应性差等问题。

微纳光纤(OM)作为一种微纳光波导，具有大比例倏逝场传输、强光约束、方便与现有光纤系统集成等优点，近年来已被广泛应用于传感研究中，并取得了丰硕的研究成果。与其他光纤传感器相比，基于OM的光纤传感器具有体积小、灵敏度高、响应速度快、成本低、制作简单等优点，因此得到广泛关注。特别是微纳光纤耦合器(OMC)，作为一种典型的微纳光子器件，已被用于温度、盐度、深度、微应力、液体折射率、磁场等参量传感研究(如专利申请号为CN201811056286.X的中国专利)。相较于OM，OMC不仅具备倏逝场传输特性，且光传输性能依赖于两耦合波导所传输基模的干涉特性，因此对外界环境变化更为敏感，所得传感器灵敏度更高，可比微纳光纤环/结型谐振腔、光纤光栅等类型光纤传感器的灵敏度高5～40倍。

OMC一般采用双光纤熔融拉锥而成，具备多端口传输功能，方便复用集成。但是OMC在实际传感应用中，其自由端口将导致光功率损耗且可能对周围环境变化响应，需采用特殊的结构和方法对其进行封装，这为基于OMC的海洋环境参量传感器设计及复用集成带来了不便，也为其实用化研究带来了困难。

为满足海水参量准分布式阵列化传感的需求，部分学者开展了光纤传感阵列的研制。包括在单根光纤串联多个传感区域，通过获取每个传感区域所检测到的海水温度和盐度的背向散射光，实现同时测量多点海水温度和盐度值(如专利申请号为CN201710268891.2的中国专利)。该方法使用串联方式，系统可靠性较差。也有学者使用窄带光源、光耦合器、光分路器、光环形器、光开关、光纤温深缆、数据采集卡和控制单元等实现海水温度剖面实时、准分布式测量(专利申请号为CN201810164410.8的中国专利)，采用FBG温度传感器和光纤F-P压力传感器分别响应温度和压力。这些阵列系统未曾实现温盐深三参量同时传感。

为充分发挥OMC传感器的制作简单、成本低、灵敏度高、与现有光纤系统兼容等优点，并避免OMC存在自由端口带来的问题，本发明采用微纳光纤耦合器SAGNAC环制作海水温盐深传感器，进而开发出结构紧凑、模块化集成度高、方便快速布放、数据兼容性强、成本低、灵敏度高的海水温盐深三参量传感阵列。

发明内容

本发明针对海水温盐深一体化监测应用需求，克服现有各型温度、盐度、深度传感器不足，提出了一种基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，旨在实现一种结构紧凑、模块化集成度高、数据兼容性强、成本低、灵敏度高的海水温盐深一体化监测系统。该发明具备海水温度、盐度、深度一体化传感监测功能，采用可调谐光开关实现多传感探头空分复用级联，进而通过高精度可调谐光源实现温盐深一体化信号解调处理。

本发明采用的技术方案是：一种基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，包括可调谐波长扫描光源、可调谐光开关、n个光环形器(n为大于1的正整数)、n-1个基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感器(简称：MCSL-CTD传感器)、FBG温度传感器、合束器、光电探测器、数据采集卡、信号处理计算机及CT电学式传感器。

所述可调谐波长扫描光源输出端与可调谐光开关输入端相连，可调谐光开关控制端与信号处理计算机连接；所述可调谐光开关的n个输出端口分别与n-1个光环形器的n-1个a端口和FBG温度传感器的输入端相连，n-1个光环形器的n-1个b端口分别与n-1个MCSL-CTD传感器相连，合束器有n个输入端和1个输出端，合束器的n个输入端分别与n-1个光环形器c端口和FBG温度传感器的输出端相连；合束器的输出端与光电探测器输入端相连；光电探测器输出端与数据采集卡输入端相连；数据采集卡再与信号处理计算机相连，将采集信号输入信号处理计算机，进而实现监测信号采集与数据解调处理功能；CT电学传感器通过数据线与信号处理计算机相连，实现预编程设置与温盐数据处理功能。

其中，由可调谐波长扫描光源、可调谐光开关、n个光环形器、合束器、光电探测器、数据采集卡和信号处理计算机采用模块化组装方式集成为一体化干端处理机，一体机干端处理机上留有n个插拔孔(由光学法兰制作而成)，用于连接n-1个MCSL-CTD传感器和FBG温度传感器。

所述可调谐波长扫描光源由宽谱连续光源和高精度可调谐F-P腔组合而成，用于实现高精度波长扫描输出，波长范围1525nm～1560nm，精度优于0.1pm，功率大于10mW。

所述可调谐光开关为电控可调谐光开关，通过其中的电路驱动模块实现1×n端口光传输切换，并由信号处理计算机进行可编程程序控制。首先，通过时钟控制可调谐光开关与1号光环形器联通，可调谐波长扫描光源开始沿整个工作波段扫描，输出不同波长探测光，探测光通过1号光环形器进入到1号MCSL-CTD传感器，该传感器的输出光经周围环境参量(如：海水温度、盐度、压力)调制后经合束器注入光电探测器，光电探测器将光信号转换成电信号，数据采集卡将光电探测器的电信号转换成数字信号，并存入信号处理计算机；然后时钟控制可调谐光开关与1号光环形器断开，与2号光环形器联通，可调谐波长扫描光源继续扫描输出探测光，探测光通过2号光环形器进入到2号MCSL-CTD传感器，不同波长的探测光携带2号MCSL-CTD传感器周围环境信息后，经合束器、光电探测器和数据采集卡，最终存入信号处理计算机；以此类推，依次实现n-1个MCSL-CTD传感器和FBG温度传感器响应信号的准同步提取。

所述每个光环形器均有a、b、c三个端口，光环形器a端口输入的光将从b端口输出，b端口的输入光将从c端口输出，从而实现单根光纤作为MCSL-CTD传感器的输入/输出光路复用。

所述MCSL-CTD传感器包括微纳光纤耦合器SAGNAC环(简称MCSL)和探头两部分，MCSL封装于传感器探头内制作而成。

所述MCSL由光纤弯曲对折后形成一个SAGNAC环，SAGNAC环端口处用胶水粘合固定，再将SAGNAC环粘合固定处前端的两根光纤去包层并熔融拉锥形成OMC，再将其中一个光纤末端涂覆全反射膜，增强光反射效能和传感器灵敏度，另一个光纤末端作为此MCSL-CTD传感器的输入/输出端，从而形成全反射式光纤耦合器SAGNAC环结构。通过检测MCSL输出探测光的光谱变化特征可实现海水温、盐、深三参量的同时测量。

探头包括外保护套，光纤尾端收纳腔，4个传感器进水槽套帽，4个净水滤芯，传感器内保护套管，传感器外保护套帽，2个传感器内保护套帽(分别是1号传感器内保护套帽，2号传感器内保护套帽)组成。

两个传感器内保护套帽分别固定于OMC的两端，OMC的两个光纤尾端通过紫外胶与1号传感器内保护套帽固定，再将两个传感器内保护套帽依次扣入传感器内保护套管中，进而使OMC的过渡区及腰区垂直悬空于传感器内保护套管内。传感器内保护套管直径大于OMC的腰区直径，以防止腰区碰壁，传感器内保护套管内壁蒸镀一层氟化镁，以减小腰区碰壁造成的传输损耗。两个传感器内保护套帽均开有光纤导孔。传感器内保护套管和两个传感器内保护套帽构成光纤保护套。光纤保护套再封装于外保护套内，外保护套对称开有四个传感器进水槽用于进出海水，槽内装有净水滤芯以滤除海藻、泥沙等海水杂质；所述净水滤芯由优质颗粒活性炭和软化树脂封装于特氟龙套筒内制作而成。每个传感器进水槽均由传感器进水槽套帽封装，以防止净水滤芯脱落。传感器进水槽套帽均开有小孔，以便海水进出。外保护套前端用传感器外保护套帽进行粘连封装，传感器外保护套帽开有光纤导孔，保证MCSL-CTD传感器的输入/输出端通过1号传感器内保护套帽的光纤导孔和传感器外保护套帽引出。外保护套尾端开有光纤尾端收纳腔用以收纳SAGNAC环。

MCSL-CTD通过检测特征波长(输出光功率取极值时的波长)的移动来获取海水温度、盐度、深度的变化值，无法直接得到海水温度、盐度的绝对值，因此，在使用MCSL-CTD测量海水温度、盐度前，需对其进行校准(海水深度在海面附近即可较为准确的获取)。

所述FBG温度传感器用于对MCSL-CTD测量的温度进行校准，该温度传感器测温范围为-40～150℃，精度±0.3℃。

所述CT电学传感器用于对MCSL-CTD测量的温度、盐度进行校准。

所述合束器将n路输入光合成一路输出光，使得一个光电探测器实现n路光信号的检测。

所述光电探测器将检测的光信号转换成电信号并输入数据采集卡，数据采集卡再将采集信号输入信号处理计算机，进而实现监测信号采集与数据解调处理功能。

n-1个MCSL-CTD传感器在海水中按一定空间分布，进而构成CTD传感阵列。

整个阵列测量过程如下：通过时钟控制可调谐光开关与1号光环形器联通，可调谐波长扫描光源开始沿整个工作波段扫描，输出不同波长探测光，探测光通过1号光环形器进入到1号MCSL-CTD传感器，受传感器周围环境(如温度、盐度、压力)的影响，其输出光功率不同，输出光经合束器后注入光电探测器，光信号转换成电信号，经数据采集卡后转换成数字信号，再输入信号处理计算机，信号处理计算机接收完整个扫描波段的光强信号后，自动解算出1号MCSL-CTD传感器布放位置处的海水温、盐、深三参量；时钟控制可调谐光开关与2号光环形器联通，实现2号MCSL-CTD传感器布放位置处的海水温盐深探测，以此类推，完成所有MCSL-CTD传感器布放处的海水温盐深探测和FBG温度传感器处的温度探测。CT电学传感器测量1号MCSL-CTD传感器布放处的温度、盐度。FBG温度传感器和CT电学传感器测量结果用于对MCSL-CTD传感器温盐测量结果进行校准。

所述MCSL的输出特征光谱由OMC腰区直径、长度、波导折射率、SAGNAC环大小及环弯曲形状决定，因此通过对OMC和SAGNAC环进行结构优化设计可以得到不同传感性能的CTD传感器。例如：增大OMC腰区长大、降低腰区直径可有效提高传感器灵敏度并可增加特征波长数，以提高传感器传感效能。

采用本发明可以达到以下技术效果：

1.本发明通过MCSL的全反射式光路设计，简化了基于OMC的CTD传感光路封装和结构设计，使用单根光纤作为输入/输出复用，节约成本，提高系统可靠性，有利于传感器实用化研制；

2.本发明所设计CTD传感器采用模块设计，所得传感器探器结构紧凑；

3.本发明所设计CTD传感器通过对MCSL的封装与海水过滤设计，提高了传感器的环境适应性和可靠性，并可抑制噪声参量对传感器的影响，有效提高了传感器传感器的监测准确性；

4.本发明采用电控可调谐光开关与多个MCSL-CTD传感器及FBG温度传感器进行级联，进而实现了多个传感器一体化信号处理与保障，该方案极大提高了温盐深传感阵列的可扩容性。可方便为各型海上平台(如舰船、潜标、无人舰艇、油气平台等)提供广阔海域、多深度海水温盐深原位监测及数据保障。另外，本阵列还可通过选用多路可调谐光开关与其他基于波长扫描解调的海洋环境参量传感器结合，进而实现和兼具为其他参量传感器提高信号解调保障的功能。这进一步提高了系统的兼容性和扩容能力，为准分布海水温盐深三参量监测技术发展提供了良好的技术储备。

5.本发明中采用FBG温度传感器和CT电学传感器作为信号解调补偿和校准传感器，使阵列系统具备温盐深传感参量定量精准解调功能；

6.本发明中采用的传感阵列，可对MCSL-CTD、FBG温度传感器和CT电学传感器的信号解调，数据兼容性好，设备通用性强；

7.本发明通过优化OMC腰区结构参数和SAGNAC环结构参数，可以得到不同传感性能的海水温盐深传感器。

附图说明

图1是本发明基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列示意图；

图2是MCSL结构示意图；

图3传感器探头封装剖面图；

图4是不同盐度下微纳光纤耦合器的光传输特征谱；

图5是不同特征波长对应的温度传感灵敏度响应测试曲线；

图6是CTD传感阵列结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明所述基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列的实施例包括可调谐波长扫描光源11、可调谐光开关12、n个光环形器(包含1号光环形器13、2号光环形器14、…、n-1号光环形器15)、n-1个基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感器(简称：MCSL-CTD传感器)(包含1号MCSL-CTD传感器16、2号MCSL-CTD传感器17、…、n-1号MCSL-CTD传感器18)、FBG温度传感器19、合束器110、光电探测器111、数据采集卡112、信号处理计算机113及CT电学式传感器114。

所述可调谐波长扫描光源11由宽谱光源和高精度可调谐F-P腔组合而成，满足精度波长扫描输出要求，波长范围1525nm～1560nm。

所述可调谐波长扫描光源11输出端与可调谐光开关12输入端相连，可调谐光开关12控制端与信号处理计算机113连接；所述可调谐光开关12为电控可调谐光开关，通过电路驱动模块实现1×n端口光传输切换，并由信号处理计算机113进行可编程程序控制；所述可调谐光开关12的n个输出端口分别与n-1个光环形器的n-1个a端口和FBG温度传感器19的输入端相连，n-1个光环形器的n-1个b端口分别与n-1个MCSL-CTD传感器相连，合束器110有n个输入端和1个输出端，n-1个光环形器的n-1个c端口和FBG温度传感器19的输出端分别与合束器110的n个输入端相连；合束器110的输出端与光电探测器111输入端相连；光电探测器111输出端与数据采集卡112输入端相连；数据采集卡112再与信号处理计算机113相连，将采集信号输入信号处理计算机113，进而实现监测信号采集与数据解调处理功能；CT电学传感器114通过数据线与信号处理计算机113相连，实现预编程设置与温盐数据处理功能。

其中，由可调谐波长扫描光源11、可调谐光开关12、1号光环形器13、2号光环形器14、…、n-1号光环形器15、合束器110、光电探测器111、数据采集卡112和信号处理计算机113采用模块化组装方式集成为一体化干端处理机，一体化干端处理机上留有n个插拔孔(由光学法兰制作而成)，用于连接1号MCSL-CTD传感器16、2号MCSL-CTD传感器17、…、n-1号MCSL-CTD传感器18和FBG温度传感器19。

所述MCSL-CTD传感器包括微纳光纤耦合器SAGNAC环(以下简称：MCSL)和探头两部分，MCSL封装于传感器探头内制作而成。

所述MCSL由光纤弯曲后对折，形成一个Sagnac环，将对折的光纤相互交缠，再将交缠区域横向熔融拉成锥形，最后制成MCSL。如图2所示，所用MCSL包括输入/输出端口21，OMC22，OMC上输出端口23，SAGNAC环24，OMC下输出端口25，OMC下输入端口26，全反射镜27组成。通过优化设计OMC22均匀腰区及锥形过渡区结构参数(如：均匀腰区直径、长度及锥形过渡区锥角等)和SAGNAC环24结构参数(如：长度、弯曲角度等)可来获得不同传感性能(如：灵敏度、响应时间等)的基于MCSL的CTD传感器。

所述MCSL-CTD传感器探头剖面图如图3所示，探头由外保护套31，光纤尾端收纳腔32，4个传感器进水槽套帽(331、332、333、334)，净水滤芯35，传感器内保护套管34，传感器外保护套帽36，2个传感器内保护套帽(分别是1号传感器内保护套帽371，2号传感器内保护套帽372)组成。

两个传感器内保护套帽分别固定于OMC22的两端，OMC22的两个光纤尾端通过紫外胶与1号传感器内保护套帽371固定，再将两个传感器内保护套帽依次扣入传感器内保护套管34中，进而使OMC22的过渡区及腰区垂直悬空于传感器内保护套管34内。传感器内保护套管34直径大于OMC22的腰区直径，以防止腰区碰壁，传感器内保护套管34内壁蒸镀一层氟化镁，以减小腰区碰壁造成的传输损耗。两个传感器内保护套帽均开有光纤导孔。传感器内保护套管34和两个传感器内保护套帽构成光纤保护套。光纤保护套再封装于外保护套31内，外保护套31对称开有四个传感器进水槽用于进出海水，槽内装有净水滤芯35以滤除海藻、泥沙等海水杂质；所述净水滤芯35由优质颗粒活性炭和软化树脂封装于特氟龙套筒内制作而成。每个传感器进水槽均由传感器进水槽套帽封装，以防止净水滤芯脱落。传感器进水槽套帽均开有小孔，以便海水进出。外保护套31前端用传感器外保护套帽36进行粘连封装，传感器外保护套帽36开有光纤导孔，使得MCSL-CTD传感器的输入/输出端通过1号传感器内保护套帽371的光纤导孔和传感器外保护套帽36引出。外保护套31尾端开有光纤尾端收纳腔32用以收纳SAGNAC环。

本发明所述CTD由MCSL直接制作而成，即将其置于海水中即可实现温度、盐度及深度传感功能。实际应用中，该传感器需通过特定设计的封装保护外壳对海水进行过滤(去除泥沙、海藻等污垢)后再注入传感区域。MCSL-CTD传感器在对海水盐度、温度及深度三参量同时传感时存在交叉灵敏度问题，因此需采用多波长跟踪技术解决。对于MCSL，经过优化设计其输出特征光谱会存在多个特征波长，而每个特征波长都可以用于盐度、温度及深度传感。

如图4所示不同盐度下MCSL的光传输特征谱。例如：通过跟踪三个特征波长，可以得到不同检测波长随盐度变化的监测灵敏度，测算显示不同特征波长对应的传感灵敏度存在差异。

如图5所示不同特征波长对应的温度传感灵敏度响应测试曲线有所差异。基于此，在通过预先标定并建立数据库，再通过反演运算反演公式可得到CTD传感器对海水盐度、温度及深度的传感响应。故此，通过波长扫描跟踪及数据反演技术，MCSL-CTD传感器可以实现海水盐度、温度及深度三参量同步传感。

本发明所述的CTD传感阵列结构实施例示意图如图6所示，包括一体化干端处理机41，浅海(0-100m)MCSL-CTD传感器组42，次浅海(100-1000m)MCSL-CTD传感器组43，次深海(1000-2000m)MCSL-CTD传感器组44，FBG温度传感器45，深海(2000米以上)MCSL-CTD传感器组46，光缆47。阵列实际使用时沿海面垂直布放。根据海水温盐深分布特点，在不同的深度布放不同密度的CTD传感器，在半海深处布放FBG温度传感器45。

本发明实现了海水温度、盐度、深度等海洋环境的大规模阵列传感系统。该系统具有结构简单、成本低、灵敏度高、可多参量一体化传感、集成度高、布放方便、数据兼容性强等优点，有效满足海洋环境温盐深大规模监测与信息处理应用需求。可为海洋环境监测提供实时、原位、高精度海洋动力环境保障。本发明结构简单，模块化集成度高，可根据实际需求扩展更多的阵列单元，为新一代大规模全光纤海洋环境监测系统提供多参量传感系统硬件支撑。

Claims (7)

1.一种基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，由可调谐波长扫描光源(11)、可调谐光开关(12)、n个光环形器、n-1个基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感器(以下简称：MCSL-CTD传感器)、FBG温度传感器(19)、合束器(110)、光电探测器(111)、数据采集卡(112)、信号处理计算机(113)及CT电学式传感器(114)组成；

光环形器的个数n为大于1的正整数；

每个光环形器均有a、b、c三个端口，a端口输入的光将从b端口输出，b端口的输入光将从c端口输出；

所述FBG温度传感器(19)测温范围为-40～150℃，精度±0.3℃；

所述可调谐波长扫描光源(11)由宽谱连续光源和高精度可调谐F-P腔组合而成；

所述可调谐光开关(12)为电控可调谐光开关，通过其中的电路驱动模块实现1×n端口光传输切换，并可由信号处理计算机进行可编程程序控制；

可调谐波长扫描光源(11)输出端与可调谐光开关(12)的输入端相连，可调谐光开关(12)的控制端与信号处理计算机(113)连接；所述可调谐光开关(12)的n个输出端口分别与n-1个光环形器的n-1个a端口和FBG温度传感器(19)的输入端相连，n-1个光环形器的n-1个b端口分别与n-1个MCSL-CTD传感器相连，合束器(110)有n个输入端和1个输出端，合束器(110)的n个输入端分别与n-1个光环形器的n-1个c端口和FBG温度传感器(19)的输出端相连；合束器(110)的输出端与光电探测器(111)输入端相连；光电探测器(111)输出端与数据采集卡(112)输入端相连；数据采集卡(112)再与信号处理计算机(113)相连；CT电学传感器(114)通过数据线与信号处理计算机(113)相连，实现预编程设置与温盐数据处理功能。

2.如权利要求1所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于每个MCSL-CTD传感器均由微纳光纤耦合器SAGNAC环(以下简称：MCSL)和探头两部分组成。

3.如权利要求2所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于所述MCSL-CTD传感器的MCSL由光纤弯曲对折后形成一个SAGNAC环(24)，SAGNAC环(24)端口处用胶水粘合固定，再将SAGNAC环粘合固定处前端的两根光纤去包层并熔融拉锥形成微纳光纤耦合器(以下简称：OMC)(22)，再将其中一个光纤末端涂覆全反射膜(27)，另一个光纤尾端作为此MCSL-CTD传感器的输入/输出端(21)；

所述MCSL-CTD传感器的探头由外保护套(31)，光纤尾端收纳腔(32)，4个传感器进水槽套帽(331、332、331、334)，净水滤芯(35)，传感器内保护套管(34)，传感器外保护套帽(36)，1号传感器内保护套帽(371)，2号传感器内保护套帽(372)组成；

所述1号传感器内保护套帽(371)、2号传感器内保护套帽(372)和传感器外保护套帽(36)均开有光纤导孔；

所述外保护套(31)对称开有四个传感器进水槽，槽内装有净水滤芯(35)，每个传感器进水槽均由传感器进水槽套帽封装，进水槽套帽开有小孔；

所述外保护套(31)尾端开有光纤尾端收纳腔(32)；

两个传感器内保护套帽分别固定于OMC(22)的两端，OMC(22)的两个光纤末端通过紫外胶与1号传感器内保护套帽(371)固定，两个传感器内保护套帽连同MCSL-CTD传感器依次扣入传感器内保护套管(34)中，传感器内保护套管(34)、1号传感器内保护套帽(371)和2号传感器内保护套帽(372)再封装于外保护套(31)内，外保护套(31)前端用传感器外保护套帽(36)进行粘连封装，SAGNAC环(24)置于外保护套(31)尾端的光纤尾端收纳腔(32)内。

4.如权利要求3所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于所述传感器内保护套管(34)管内壁蒸镀一层氟化镁。

5.如权利要求3所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于所述传感器内保护套管(34)直径大于OMC(22)的腰区直径。

6.如权利要求3所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于所述净水滤芯(35)由优质颗粒活性炭和软化树脂封装于特氟龙套筒内制作而成。

7.如权利要求3所述的基于微纳光纤耦合器SAGNAC环的CTD传感阵列，其特征在于所述可调谐波长扫描光源(11)输出波长可调节范围为1525nm～1560nm，精度优于0.1pm，功率大于10mW。

Images