CN207232015U - 一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统，包括泵浦光源、环型腔、传感组、光探测器、采集卡和计算机，所述的环形腔包括波分复用器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、可调衰减器、光环行器、光耦合器；本实用新型是在同一系统内实现准确的测量气体浓度、温度、应变、压力等多个参量。它的特点在于在一个光纤内腔系统内，使用光开关控制不同的传感器接入系统，来测量不同的物理量。该装置具有多参量检测、结构简单、易于操作、检测快速等特点。进一步地，本技术可以通过光纤将多个传感器分布于不同的监测点，灵活的控制需要测量的参量，降低成本。

Description

一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统

技术领域

本实用新型属于输电监控领域，尤其是涉及一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统。

背景技术

近年随着科技的发展，各种气体、压力、应变及温度检测技术层出不穷，日益成熟完善。然而在实际工程中，各个参量之间的变化往往相互联系，实现同时准确的检测多个参量在科学研究、工业生产、环境监控、能源开采等领域具有重要的意义。光纤传感器由于具有抗电磁干扰、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、微型化等诸多的优点，已经广泛的应用于各种气体、压力、应变及温度传感。利用光纤传感器灵活性强便于复用等特点，进行多参量实时传感已经成为当今传感领域的重要课题。

常见的光纤气体传感器根据原理可以分为光谱吸收型、荧光型、染料指示剂型、折射率变化型、以及倏逝波型等。光谱吸收型又分为腔衰荡型、腔增强吸收型和内腔吸收型。其中内腔吸收型系统复杂性低波长调谐范围宽，灵敏度高，选择性好得到了广泛应用。此外，目前基于光纤光栅的光纤应变和温度传感器以及基于光纤F-P的压力传感器在工程应用中已经非常成熟。然而如何实现这几类传感器的相互结合以及相应的解调处理，仍然存在较大的困难。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种检测不同参量的基于光纤内腔结构的多参量混合传感装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统，包括泵浦光源、环形腔、传感组、光探测器、采集卡和计算机，所述的环形腔包括波分复用器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、可调衰减器、光环行器、光耦合器，所述的波分复用器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、可调衰减器、光环行器和光耦合器循环连接，

所述的环形腔通过光耦合器与光探测器连接，光探测器与数据采集卡、和计算机依次连接，计算机与可调谐光滤波器连接；所述的环形腔通过光环行器与传感组连接，所述的传感组包括光开关、气体吸收腔、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤F-P压力传感器和法拉第反射镜，所述的法拉第反射镜与气体吸收腔连接，所述的气体吸收腔、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤F-P压力传感器均与光开关选择连接。

进一步，所述的彭浦光源为波长980nm泵浦激光器。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种低压变电站监控系统具有以下优势：

本实用新型是在同一系统内实现准确的测量气体浓度、温度、应变、压力等多个参量。它的特点在于在一个光纤内腔系统内，使用光开关控制不同的传感器接入系统，来测量不同的物理量。该装置具有多参量检测、结构简单、易于操作、检测快速等特点。进一步地，本技术可以通过光纤将多个传感器分布于不同的监测点，灵活的控制需要测量的参量，降低成本。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的结构示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统，其主要由泵浦光源(1)、波分复用器(2)、掺铒光纤放大器(3)、可调谐光滤波器(4)、可调衰减器(5)、光环行器(6)、光耦合器(7)、光探测器(8)、数据采集卡(9)、计算机(10)、隔离器(11)、光开关(12)、气体吸收腔(13)、光纤光栅温度传感器(14)、光纤光栅应变传感器(15) 和光纤F-P压力传感器(16)和法拉第反射镜(17)组成。泵浦光源(1) 发出的泵浦光通过单模光纤进入环形腔中，依次通过波分复用器(2)、掺铒光纤放大器(3)，在掺铒光纤放大器(3)产生受激辐射光，受激辐射光通过单模光纤依次进入可调谐光滤波器(4)、可调衰减器(5)、光环行器 (6)、光耦合器(7)、隔离器(11)回到掺铒光纤放大器(3)再次被放大并在环形腔中不断振荡，达到阈值条件后部分光通过光耦合器(7)进入光探测器(8)转化为电信号传递给数据采集卡(9)，数据采集卡(9)和计算机(10)之间通过GPIB总线连接；气体吸收腔(13)、光纤光栅温度传感器(14)、光纤光栅应变传感器(15)和光纤F-P压力传感器(16)和法拉第反射镜(17)通过光开关(12)控制接入环形腔。计算机(10)进行数据处理，实时显示测量结果。

本实用新型的工作原理是：980nm泵浦光源(1)发射出的光首先经过波分复用器(2)进入内腔系统，通过掺铒光纤放大器(3)产生C波段的受激辐射光。经过可调谐光滤波器(5)选频控制输出的激光变为窄带光，通过在谐振腔中的往复振荡放大，窄带光线宽不断压窄，光强不断增加，最终形成稳定的激光输出。隔离器(11)保证光在环腔中的单向行波传输，可调衰减器(4)可以精确控制谐振腔损耗，提高光束质量，并用来表征由于气体吸收、各个光纤器件插入损耗等带来的谐振腔损耗。当传感器被接入环形腔后，由待测物理量变化引起的腔损耗将会影响输出激光的强度，从而被达到被检测的目的。

内腔吸收测量气体浓度的原理是，当一束光通过待测气体时，光强会发生衰减，衰减大小与气体浓度之间的关系可以用朗伯-比尔定律来描述。对于大多数有害气体，在中红外波段具有较强的基频吸收，在近红外波段具有较弱的泛频吸收，不同气体的特征吸收谱线各不相同，因而可以通过吸收波长的检测来实现气体种类的识别。将气室置于谐振腔内，激光在形成过程中会在腔内往复振荡，多次通过传感气室，从而将较小的气室物理长度转化为较大的有效吸收光程，气体传感灵敏度大大提高。

光纤光栅温度和应变传感的原理是，温度或应变将会引起光纤光栅反射峰中心波长的变化，通过调节可调谐光滤波器(5)实现波长扫描，可以得到光纤光栅的反射光谱，进而得到中心波长的变化，实现温度或应变传感。

光纤F-P压力传感的原理是，压力变化引起F-P腔腔长变化，通过调节可调谐光滤波器(5)实现波长扫描，可以得到输出信号随波长的变化，进而通过相位和腔长的关系求出腔长，实现压力传感。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统，其特征在于：包括泵浦光源、环形腔、传感组、光探测器、采集卡和计算机，所述的环形腔包括波分复用器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、可调衰减器、光环行器、光耦合器，所述的波分复用器、掺铒光纤放大器、可调谐光滤波器、可调衰减器、光环行器和光耦合器循环连接；

所述的环形腔通过光耦合器与光探测器连接，光探测器与数据采集卡、和计算机依次连接，计算机与可调谐光滤波器连接；所述的环形腔通过光环行器与传感组连接，所述的传感组包括光开关、气体吸收腔、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤F-P压力传感器和法拉第反射镜，所述的法拉第反射镜与气体吸收腔连接，所述的气体吸收腔、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤F-P压力传感器均与光开关选择连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤内腔结构的多参量混合传感系统，其特征在于：所述泵浦光源为980nm泵浦激光器。