CN115900784A - 一种基于马赫曾德干涉的ofdr传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统，包括：可调谐激光器，连接第一耦合器，第一耦合器将光分为第一光路和第二光路，其中，第一光路经第二耦合器分为第三光路和第四光路，第三光路的光作为测量光经环形器进入被测光纤后发生瑞利散射，生成的背向瑞利散射光；第四光路的光作为参考光，进入第三耦合器，背向瑞利散射光返回环形器后，经第三耦合器与第四光路的光耦合，使背向瑞利散射光与参考光发生马赫曾德干涉。本发明利用马赫曾德干涉原理，将激光器发出的参考光和通过被测光纤后发生瑞利散射返回的背向瑞利散射光发生马赫曾德干涉，通过对马赫曾德干涉信号进行处理从而实现对光纤的应变、振动和温度等参量的精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统。
背景技术
光纤传感技术相比于传统传感技术具有诸多优势，比如它具有高灵敏度、电绝缘、能用于高低温环境、大动态范围、抗腐蚀以及抗电磁干扰等优点。光纤传感技术可以分成准分布式光纤传感技术和全分布式光纤传感技术，准分布式光纤传感最常见的就是光纤布拉格光栅，即FBG传感器。虽然可以通过时分或空分等复用技术将多个FBG传感器组成一整个传感系统，但是传感器的位置必须预先刻写在光栅上，对于其他大部分未设置传感器的光纤部分只能起到信号传输的功能，并不能进行测量。因此，为了弥补准分布式传感的缺陷，全分布式光纤传感技术将整个光纤作为传感介质，可以实现整条光纤上的参量连续测量，具有高空间分辨率、高信噪比和高灵敏度等优势。
全分布式光纤传感系统利用了光纤中传输的光与光纤本身的相互作用，光在光纤会发生三种散射形式：瑞利散射，布里渊散射和拉曼散射。其中光纤中的背向瑞利散射在这三种类型的散射中强度最大，相对更容易被检测，因此大多数分布式光纤系统都是通过对背向瑞利散射光进行处理，从而完成对光纤的各种参量测量。
发明内容
为了解决现有技术中传感器对应变、振动和温度等参量的测量误差大的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统，所述OFDR传感系统包括：
可调谐激光器，所述可调谐激光器连接第一耦合器，所述第一耦合器将光分为第一光路和第二光路，其中，
所述第一光路经第二耦合器分为第三光路和第四光路，所述第三光路的光作为测量光经环形器进入被测光纤后发生瑞利散射，生成的背向瑞利散射光；
第四光路的光作为参考光，进入第三耦合器，所述背向瑞利散射光返回环形器后，经第三耦合器与第四光路的光耦合，使背向瑞利散射光与参考光发生马赫曾德干涉。
优选地，所述OFDR传感系统还包括偏振分束器，
所述偏振分束器将所述第三耦合器耦合的光分为P光和S光。
优选地，第四光路上设置偏振态控制器，用于调整参考光的偏振，使P光和S光具有相同的功率。
优选地，所述第一耦合器的分光比为90:10，所述第二耦合器的分光比为90:10。
优选地，所述OFDR传感系统还包括第一光电探测器和第二光电探测器，
所述第一光电探测器接收P光并转换成第一电信号，所述第二光电探测器接收S光并转换成第二电信号，
所述第一电信号和所述第二电信号同步传输至数字采集卡。
优选地，所述第二光路的光经第四耦合器分为第五光路和第六光路，
第五光路的光经辅助光纤进入第五耦合器，与第六光路进入第五耦合器的光耦合发生辅助干涉。
优选地，所述OFDR传感系统还包括第三光电探测器，
所述第三光电探测器接收第五耦合器输出的辅助干涉光，并转换成第三电信号传输至数字采集卡。
本发明提供的一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统，利用马赫曾德干涉原理，将激光器发出的参考光和通过被测光纤后发生瑞利散射返回的背向瑞利散射光发生马赫曾德干涉，通过对马赫曾德干涉信号进行处理从而实现对光纤的应变、振动和温度等参量的精确测量。
本发明提供的一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统，光路简单、易于搭建、稳定可靠、可以通过控制可调谐激光器的参数来调节系统的空间分辨力和传感距离这两个重要参数，实现传感系统的小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出了本发明一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
如图1所示本发明一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统的结构框图，根据本发明的实施例，提供一种基于马赫曾德干涉的OFDR(光频域反射)传感系统，包括：可调谐激光器(TLC)101，可调谐激光器101连接第一耦合器(OC)102，第一耦合器102的分光比为90:10。
可调谐激光101作为系统光源，第一耦合器102将可调谐激光101输出的光分为第一光路和第二光路。
第一光路的光为大功率光，第二光路的光为小功率光，第一光路的光进行马赫曾德干涉，第二光路的光进行辅助干涉。
根据本发明的实施例，第一光路经第二耦合器107分为第三光路和第四光路，第三光路的光作为测量光经环形器108进入被测光纤111后发生瑞利散射，生成的背向瑞利散射光。
第四光路的光作为参考光进入第三耦合器109，背向瑞利散射光返回环形器108后，经第三耦合器109与第四光路的光耦合，使背向瑞利散射光与参考光发生马赫曾德干涉。
在一个优选的实施例中，第二耦合器107的分光比为90:10，第三光路的光为大功率光，第四光路的光为小功率光。
根据本发明的实施例，一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统还包括偏振分束器(PBS)112，第四光路上设置偏振态控制器(PC)110。偏振分束器112，将第三耦合器109耦合的光分为P光和S光。偏振态控制器110，用于调整参考光的偏振，使P光和S光具有相同的功率。
根据本发明的实施例，一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统还包括第一光电探测器(PD)113和第二光电探测器112。第一光电探测器113接收P光并转换成第一电信号，第二光电探测器112接收S光并转换成第二电信号，第一电信号和第二电信号同步传输至数字采集卡(DAQ)115。
根据本发明的实施例，第二光路的光进行辅助干涉，作为数字采集卡115的触发信号，补偿光源频率的非线性调谐。
第二光路的光经第四耦合器103分为第五光路和第六光路，第五光路的光经辅助光纤104进入第五耦合器105，与第六光路进入第五耦合器105的光耦合发生辅助干涉。
进一步地，一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统还包括第三光电探测器106，第三光电探测器106接收第五耦合器105输出的辅助干涉光，并转换成第三电信号传输至数字采集卡115。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种基于马赫曾德干涉的OFDR传感系统，其特征在于，所述OFDR传感系统包括：
可调谐激光器，所述可调谐激光器连接第一耦合器，所述第一耦合器将光分为第一光路和第二光路，其中，
所述第一光路经第二耦合器分为第三光路和第四光路，所述第三光路的光作为测量光经环形器进入被测光纤后发生瑞利散射，生成的背向瑞利散射光；
第四光路的光作为参考光，进入第三耦合器，所述背向瑞利散射光返回环形器后，经第三耦合器与第四光路的光耦合，使背向瑞利散射光与参考光发生马赫曾德干涉。
2.根据权利要求1所述的OFDR传感系统，其特征在于，所述OFDR传感系统还包括偏振分束器，
所述偏振分束器将所述第三耦合器耦合的光分为P光和S光。
3.根据权利要求2所述的OFDR传感系统，其特征在于，第四光路上设置偏振态控制器，用于调整参考光的偏振，使P光和S光具有相同的功率。
4.根据权利要求1所述的OFDR传感系统，其特征在于，所述第一耦合器的分光比为90:10，所述第二耦合器的分光比为90:10。
5.根据权利要求2所述的OFDR传感系统，其特征在于，所述OFDR传感系统还包括第一光电探测器和第二光电探测器，
所述第一光电探测器接收P光并转换成第一电信号，所述第二光电探测器接收S光并转换成第二电信号，
所述第一电信号和所述第二电信号同步传输至数字采集卡。
6.根据权利要求1所述的OFDR传感系统，其特征在于，所述第二光路的光经第四耦合器分为第五光路和第六光路，
第五光路的光经辅助光纤进入第五耦合器，与第六光路进入第五耦合器的光耦合发生辅助干涉。
7.根据权利要求6所述的OFDR传感系统，其特征在于，所述OFDR传感系统还包括第三光电探测器，
所述第三光电探测器接收第五耦合器输出的辅助干涉光，并转换成第三电信号传输至数字采集卡。
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