CN200944141Y - 光学腔损型传感器的相干复用装置 - Google Patents
光学腔损型传感器的相干复用装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及了一种光学腔损型传感器的相干复用装置。本实用新型中光源的输出端与环行器①端口通过光纤连接，环行器②端口与串联布置的光学腔损传感器阵列通过光纤连接，环行器③端口和光电探头的输入端分别与2×2光纤耦合器的一边光信号连接，2×2光纤耦合器的另一边分别与两个光纤准直器光信号连接，对应两个光纤准直器位置设有两个反射镜，其中一个反射镜可移动扫描。本实用新型在保证了原单点光学腔损传感器的高测量精度的同时，用很简单的设备实现了多个光学腔损传感器复用，共用一个光源和光电探头，大大节约了设备成本。
Description
技术领域
本实用新型属于光学传感技术领域，特别涉及了一种光学腔损型传感器的相干复用的装置。
背景技术
光学腔损型传感器是光学检测中一种十分常用的传感器，光源发出的光经过待测物质，进入光电探头，转化成电信号，由于不同浓度的待测物质会引起不同的光损耗，通过检测电信号的强弱，可获得待测物质的浓度信息。由于测量精度高，测量原理简单，该技术被广泛地应用于气体浓度检测、大气粉尘度检测、水污染物含量检测等领域。与其他光学传感器类似，光学腔损型传感器也同样存在单点检测设备成本太高的不足，其中设备成本主要来自于价格相对较高的光源和光电探头。为了分摊设备成本，满足多点分布式测量的实际需要，工程应用中急需多个光学腔损传感器共用一个光源和光电探头的复用方案。
现有的光学传感器复用方法包括波分复用(WDM)、时分复用(TDM)和相干复用(CM)等技术。其中，由于光学腔损型传感器往往需要某一特定波长的光源(如在气体浓度检测中需要光源波长对准气体吸收峰)，波分复用技术不适合光学腔损型传感器。曾有相关学术论文报道将时分复用技术应用于光学腔损型传感器(如Ringdown技术)，但该方案对窄脉冲光源、传感器的空间分布距离和光电探头的高速响应都有很高的要求，而且实践表明测量精度和分辨率都不是很理想，无法满足实际应用的需要。
发明内容
本实用新型就是针对现有技术的不足，提供一种光学腔损型传感器的相干复用装置的技术方案。
本实用新型具体是：光源(根据待测物的损耗吸收峰选择)输出端与环行器①端口通过光纤连接，环行器②端口与串联布置的光学腔损传感器阵列通过光纤连接，环行器③端口和光电探头的输入端分别与2×2光纤耦合器的一边光信号连接，2×2光纤耦合器的另一边分别与两个光纤准直器光信号连接，对应两个光纤准直器位置设有两个反射镜，其中一个反射镜与移动装置连接，实现移动扫描。
所述的光学腔损传感器阵列为通过光纤串联的一系列不同腔长的光学腔损传感器，每个光学腔损传感器由两个格林透镜组成。
所述的移动装置为步进电机。
在每个光学腔损传感器的自由空间位置放置待测物质，不同浓度的待测物质会引入不同的吸收损耗，从而影响每个传感器对应的干涉信号的强度，通过监控相应干涉信号的强度，可测量对应传感器中待测物质的浓度信息，实现传感。
2×2光纤耦合器将光信号分成等光强的两束，两束等光强的信号光分别通过光纤准直器入射到反射镜上并反射耦合回光纤，构成一个麦氏干涉仪。通过控制其中一个反射镜的位置移动，使两路信号光之间引入另一个入光程差，并产生扫描，从而分别补偿每个光学腔损传感器引入的光程差。不同腔长的光学腔损传感器中两路反射信号光引入的光程差不同，所以当麦氏干涉仪的一臂扫描到某一位置，某个光学腔损传感器的光程差被补偿为零，则该传感器所对应的光干涉信号出现。通过串联布置一系列不同腔长的光学腔损传感器，以及扫描麦氏干涉仪其中一臂，可实现多个光学腔损传感器的复用和解调。
本实用新型在保证了原单点光学腔损传感器的高测量精度的同时，用很简单的设备实现了多个光学腔损传感器复用，共用一个光源和光电探头，大大节约了设备成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，多个不同腔长的光学腔损传感器(每个光学腔损传感器由两个格林透镜3组成)之间通过光纤4连接，其输入端通过环行器2的②端口和①端口与光源1光信号连接，环行器2的③端口和光电二极管5的输入端分别与2×2光纤耦合器6的一边光信号连接，2×2光纤耦合器6的另一边分别与两个光纤准直器7光信号连接，对应两个光纤准直器7位置设有两个反射镜8，其中一个反射镜可进行位置扫描移动。将上述多个光学腔损传感器放置在待测环境中，光源1和信号解调部分都在监测中心。
根据待测物质的损耗吸收峰选择特定波长的光源；入射光由环行器①端口进入②端口输出，通过光纤进入串联布置的一系列不同腔长的光学腔损传感器，其中每个光学腔损传感器由两个格林(Grin)透镜组成，光源通过第一个格林透镜进入自由空间，并由第二个格林透镜汇聚进入光纤，并将光传递给下一个光学腔损传感器。同时，每个光学腔损传感器中的两个格林透镜与自由空间的交界面，都会发生弱反射，反射率约为2％，在这两个反射的信号光之间引入了一个两倍于腔长(2li)的光程差。
反射的信号光由环行器②端口进入③端口输出，进入一个2×2光纤耦合器，2×2光纤耦合器将光信号分成等光强的两束；两束等光强的信号光分别通过光纤准直器入射到反射镜上并反射耦合回光纤，构成一个麦氏干涉仪；通过控制其中一个反射镜的位置移动，使两路信号光之间引入另一个入光程差，并产生扫描，从而分别补偿每个光学腔损传感器引入的光程差。
补偿后的两路光信号在2×2耦合器中汇合干涉，干涉信号经2×2耦合器的一臂，由光电探头转化为电信号。
在每个光学腔损传感器的自由空间位置放置待测物质，不同浓度的待测物质会引入不同的吸收损耗，从而影响每个传感器对应的干涉信号的强度，通过监控相应干涉信号的强度，可测量对应传感器中待测物质的浓度信息，实现传感。
不同腔长的光学腔损传感器中两路反射信号光引入的光程差不同，所以当麦氏干涉仪的一臂扫描到某一位置，某个光学腔损传感器的光程差被补偿为零，则该传感器所对应的光干涉信号出现。通过串联布置一系列不同腔长的光学腔损传感器，以及扫描麦氏干涉仪其中一臂，可实现多个光学腔损传感器的复用和解调。
利用可扫描麦氏干涉仪对多个光学腔损传感器引入的光程差进行补偿获得包含传感信号的干涉条纹，从而实现了对光学腔损传感器的复用和解调。本实用新型具有传感精度高、成本低廉的优点。
Claims (1)
1、光学腔损型传感器的相干复用装置，包括光源，其特征在于光源输出端与环行器①端口通过光纤连接，环行器②端口与串联布置的光学腔损传感器阵列通过光纤连接，环行器③端口和光电探头的输入端分别与2×2光纤耦合器的一边光信号连接，2×2光纤耦合器的另一边分别与两个光纤准直器光信号连接，对应两个光纤准直器位置设有两个反射镜，其中一个反射镜与移动装置连接，实现移动扫描；所述的光学腔损传感器阵列为通过光纤串联的一系列不同腔长的光学腔损传感器，每个光学腔损传感器由两个格林透镜组成。
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|---|---|---|---|---|
| CN101963515A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-02-02 | 哈尔滨工程大学 | 分布式Michelson光纤白光干涉传感装置 |
| CN103926221A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-16 | 江苏中能光电技术有限公司 | 一种基于光纤传感的分布式瓦斯监测系统及监测方法 |
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