多芯光纖、采用該多芯光纖的傳感裝置及其運行方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種多芯光纖以及基于該多芯光纖的傳感裝置及其運行方法，所述的多芯光纖是具有三個或三個以上纖芯的光纖，如三芯光纖、四芯光纖或五芯光纖等，至少有一個纖芯作為注入光信號的傳輸纖芯，其他纖芯作為感測纖芯，測試纖芯與感測纖芯的長度不同，基于該多芯光纖的光纖傳感裝置采用光源注入傳輸纖芯、和光探測器模塊檢測全部或部分感測纖芯內(nèi)光信號傳輸后的變化，可以達到點式或分布式監(jiān)測的目的。通過兩個或兩個以上感測纖芯對同一位置待測物理量的響應(yīng)的比較，可以消除由于光源波動或其他非待測物理量的干擾，提高測試準確性，從而為強度類型的光纖傳感裝置的實用化提出了新的解決方案。
【專利說明】多芯光纖、采用該多芯光纖的傳感裝置及其運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的多芯光纖和基于該多芯光纖的傳感裝置，具體涉及一種包含有三個纖芯或三個纖芯以上的多芯光纖，以及基于該多芯光纖的點式或分布式光纖傳感裝置及其運行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國專利申請?zhí)?01120130642.5《基于雙芯光纖的溫度傳感裝置》的專利揭示了一種溫度傳感裝置，其采用寬帶光源、雙芯光纖和光譜分析儀，當溫度變化時，雙芯光纖中兩個纖芯之間的距離也會變化，從而導(dǎo)致注入寬帶光信號的纖芯耦合到未注入光信號的纖芯的光信號波長的變化，并通過光譜分析儀檢測到該變化，從而完成對溫度的監(jiān)測，其結(jié)構(gòu)簡單、溫度監(jiān)測范圍寬，，但其測試參數(shù)單一、儀器昂貴，并且不能實現(xiàn)分布式監(jiān)測。
[0003]現(xiàn)有的分布式或準分布式的光纖傳感裝置均是以光纖中后向散射光為主的檢查裝置，包括最常用的光時域反射計(0TDR)，光纖拉曼溫度傳感裝置、布里淵散射傳感裝置和布拉格光纖光柵傳感裝置，在前三種傳感裝置中，由于光纖中包含有傳感信息的后向散射光相對于入射光很小，一般后向散射光比前向傳輸光信號的功率小三至六個數(shù)量級，所以后向散射光的探測比較困難，為了去除噪聲常常需要通過采樣積分器很多次處理才能提取微弱的信號，從而使監(jiān)測設(shè)備比較復(fù)雜，成本較高、實時性差，且其監(jiān)測的最大距離較少有超過100公里的；而由布拉格光纖光柵構(gòu)成的準分布式光纖傳感裝置雖然反射光信號較強，但其光纖光柵之間的光信號容易相互干擾，所以光纖光柵的數(shù)量不多，每根光纖上的光纖光柵的數(shù)量最多只有數(shù)十個，難以實現(xiàn)長距離的分布式監(jiān)測。
[0004]另一方面，現(xiàn)有的光纖通信技術(shù)在飛速的發(fā)展，其無中繼通信的距離輕松超過數(shù)百公里，若再采用摻鉺或拉曼光纖放大裝置可達上千公里，其主要原因是前向傳播的光信號強度遠遠大于后向散射光信號的，若能有一種基于前向傳輸時監(jiān)測光信號變化的分布式傳感裝置，則可以大幅度的延長分布式光纖監(jiān)測的距離，然而目前未檢索到有這樣的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明揭示了一種多芯光纖以及基于該多芯光纖的傳感裝置，所述的多芯光纖是具有三個或三個以上纖芯的光纖，如三芯光纖、四芯光纖或五芯光纖等，通過檢測全部或部分纖芯內(nèi)光信號傳輸?shù)淖兓?，可以達到點式或分布式監(jiān)測的目的。并且有兩個或兩個以上的感測纖芯，通過比較兩個感測纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕牟町悾梢韵庠椿蚬庑盘杺鬏斨蟹谴郎y物理量產(chǎn)生的光功率的波動，從而消除其引入的誤差，從而為強度型光纖傳感裝置的實用化提出了新的解決方法。該光纖傳感裝置具有使用方便、成本低，具有較好的應(yīng)用前景。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種多芯光纖，包括光纖的內(nèi)包層和位于內(nèi)包層中的纖芯，其特征在于，有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層，其中一個纖芯為傳輸纖芯，其他纖芯為感測纖芯，每個感測纖芯的長度均不小于傳輸纖芯的長度，且至少有一個感測纖芯的長度大于傳輸纖芯的長度。
[0007]進一步的，所述的內(nèi)包層外有外包層，內(nèi)包層的折射率指數(shù)大于外包層折射率指數(shù)。優(yōu)選的，所述的內(nèi)包層沿光纖徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。非圓對稱的缺陷包層的徑向截面可以是矩形、切掉一部分的圓形、橢圓形、多邊形等形狀，這樣可以使傳輸纖芯內(nèi)傳播光信號時，部分逸出的光信號不會在接近內(nèi)包層與外包層的邊緣部分傳播而被消耗掉，而是被反射并穿過傳輸纖芯或感測纖芯，其最終大部分被纖芯所捕獲，從而減小了光信號傳輸?shù)乃p。
[0008]優(yōu)選的，所述的感測纖芯以螺旋體形狀布設(shè)于內(nèi)包層中。進一步的，所述的感測纖芯以螺旋體形狀圍繞傳輸纖芯布設(shè)，所述的傳輸纖芯位于感測纖芯形成的螺旋體的軸向中心位置。優(yōu)選的，所述的傳輸纖芯位于整個光纖縱向的軸心位置。
[0009]優(yōu)選的，所述的各個感測纖芯距傳輸纖芯的距離不同。從而使不同的感測纖芯在相同的待測物理量的位置獲取不同的光信號大小，兩者的比較，可以消除由于光源或其他非待測物理量造成的光信號大小波動而引入的誤差，從而使強度型光纖傳感裝置的測試結(jié)果更準確和實用。
[0010]進一步的，至少有兩個所述的感測纖芯的折射率指數(shù)不同。使不同的感測纖芯捕獲光信號和束縛光信號的能力不同，為消除測試誤差提供了方便。優(yōu)選的，至少有兩個所述的感測纖芯的芯徑不同。
[0011]進一步的，所述的多芯光纖是由高分子材料構(gòu)成的光纖、由多組份玻璃構(gòu)成的光纖、氟化物玻璃構(gòu)成的光纖或石英玻璃構(gòu)成的光纖。
[0012]一種基于多芯光纖的光纖傳感裝置，包括控制模塊、光源模塊、耦合模塊一、光探測器模塊一和處理模塊，控制模塊與光源模塊連接并控制后者發(fā)出光信號，光源模塊與耦合模塊一連接，所述的耦合模塊一與多芯光纖的一端連接，所述的多芯光纖是有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層，其中一個纖芯為傳輸纖芯，其他纖芯為感測纖芯，至少有一個感測纖芯的長度與傳輸纖芯的長度不同；所述的耦合模塊一是使光信號僅耦合進多芯光纖內(nèi)的傳輸纖芯的耦合模塊；在所述的多芯光纖的另一端與光探測器模塊一連接，光探測器模塊一同時獲取多芯光纖的每個纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?，光探測器模塊一與處理模塊連接。
[0013]其運行方法是:步驟如下:
1)包括傳感光纖，其內(nèi)包含的傳輸纖芯和感測纖芯的長度不同，控制模塊控制光源模塊發(fā)出脈沖光信號，脈沖光信號通過I禹合器一注入到多芯光纖一端的傳輸纖芯內(nèi)傳輸；
2)脈沖光信號在傳輸纖芯內(nèi)由多芯光纖的一端傳輸至另一端,并被安置在多芯光纖另一端的光探測器模塊一獲取，光探測器模塊一將該脈沖光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給處理模塊；
3)當多芯光纖上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯內(nèi)并在各個感測纖芯內(nèi)傳輸，由于傳輸纖芯和感測纖芯的長度不同，則光信號在兩者之間的傳輸速度不同，則傳輸纖芯和感測纖芯內(nèi)光信號分先后次序到達多芯光纖另一端并被光探測器模塊一獲取，光探測器模塊一將所獲取的光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給處理模塊，處理模塊根據(jù)電信號的大小和時間間隔計算出待測物理量的大小和位置，從而完成監(jiān)測的目的。
[0014]基于多芯光纖的光纖傳感裝置優(yōu)選方案是，在所述的多芯光纖的另一端與耦合模塊二連接，耦合模塊二內(nèi)包含有至少兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖內(nèi)的至少兩個感測纖芯分別與兩個通道連接，并通過該耦合模塊二分別與光探測器模塊一和光探測器模塊二連接；光探測器模塊一和光探測器模塊二與處理模塊連接。
[0015]其運行方法的步驟如下:
1)包括傳感光纖，其內(nèi)包含的傳輸纖芯和感測纖芯的長度不同，控制模塊控制光源模塊發(fā)出脈沖光信號，脈沖光信號通過I禹合器一注入到多芯光纖一端的傳輸纖芯內(nèi)傳輸；
2)脈沖光信號在傳輸纖芯內(nèi)由多芯光纖的一端傳輸至另一端，在所述的多芯光纖的另一端安置有耦合模塊二，耦合模塊二內(nèi)包含有至少兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖內(nèi)的至少兩個感測纖芯分別與兩個通道連接，并通過該耦合模塊二分別與光探測器模塊一和光探測器模塊二連接；光探測器模塊一和光探測器模塊二與處理模塊連接；
3)當多芯光纖上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯內(nèi)并在各個感測纖芯內(nèi)傳輸，其中至少有兩個感測纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗謩e被光探測器模塊一和光探測器模塊二獲取，兩個光探測器模塊分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鬟f給處理模塊，處理模塊根據(jù)兩者電信號的大小和兩者的比較，消除由于光源或非待測物理量的影響導(dǎo)致的光信號功率變化引入的誤差，再通過時間間隔，從而計算出待測物理量的大小和位置，而完成監(jiān)測的目的。
[0016]基于多芯光纖的光纖傳感裝置進一步優(yōu)選的方案是，在所述的多芯光纖的另一端與耦合模塊三連接，耦合模塊三內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖內(nèi)的至少兩個感測纖芯和傳輸纖芯分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三分別與光探測器模塊一、光探測器模塊二和光探測器模塊三連接；光探測器模塊一、光探測器模塊二和光探測器模塊三與處理模塊連接。
[0017]該方案的運行步驟如下:
1)包括傳感光纖，其內(nèi)包含的傳輸纖芯和感測纖芯的長度不同，控制模塊控制光源模塊發(fā)出脈沖光信號，脈沖光信號通過I禹合器一注入到多芯光纖一端的傳輸纖芯內(nèi)傳輸；
2)脈沖光信號在傳輸纖芯內(nèi)由多芯光纖的一端傳輸至另一端，在所述的多芯光纖的另一端安置有耦合模塊三，耦合模塊三內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖內(nèi)的至少兩個感測纖芯和傳輸纖芯分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三分別與光探測器模塊一、光探測器模塊二和光探測器模塊三連接；光探測器模塊一、光探測器模塊二和光探測器模塊三與處理模塊連接；
3)當多芯光纖上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯內(nèi)并在各個感測纖芯內(nèi)傳輸，其中至少有兩個感測纖芯和傳輸纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗謩e被光探測器模塊一、光探測器模塊二和光探測器模塊三獲取，三個光探測器模塊分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鬟f給處理模塊，處理模塊根據(jù)光探測器模塊一、光探測器模塊二傳遞的電信號的大小以及兩者的比較，消除由于光源或非待測物理量的影響導(dǎo)致的光信號功率變化引入的誤差，再通過與光探測器模塊三傳遞的電信號的時間間隔，從而計算出待測物理量的大小和位置，而完成監(jiān)測的目的。
[0018]優(yōu)選的，所述的光探測器模塊一、光探測器模塊二、光探測模塊三是光功率計、光子計數(shù)器、光譜分析儀、波長計之一。[0019]優(yōu)選的，所述的光源模塊是單波長光源、多波長光源或?qū)拵Ч庠粗弧?br> [0020]優(yōu)選的，所述的光反射裝置是光纖光柵、光反射鏡或包含有氣泡的光纖。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
1、通過前向監(jiān)測技術(shù)使光信號可以傳輸?shù)木嚯x較遠，滿足天然氣管線、石油管線等實際需求，較目前市場上的布里淵散射監(jiān)測裝置具有成本低、監(jiān)測距離長、精度高的特點，具有良好的市場前景。
[0022]2、由于采用的傳感光纖內(nèi)有至少三個纖芯，其中至少有一個纖芯為光信號傳輸纖芯，且至少有一個感測纖芯的長度大于或小于傳輸纖芯，則光信號在傳輸纖芯和感測纖芯內(nèi)傳輸?shù)乃俣炔煌?，當多芯光纖一處變化時，如微彎、彎曲、變形、溫度變化及其他物理量變化等情況時，注入的光信號逸出并有部分耦合進未注入光信號的感測纖芯內(nèi)，從而被多芯光纖端部的光探測器模塊捕獲，由于兩個纖芯內(nèi)光信號傳輸速度的不同，探測脈沖光信號與包含有待測物理量的另一個感測纖芯內(nèi)的光信號分先后次序到達光探測器模塊，從而分辨出不同的光信號的大小及時間間隔，根據(jù)包含待測物理量的光信號的大小可以知道待測物理量的大小，根據(jù)探測脈沖光信號與含待測物理量的光信號的間隔時間可以計算出待測物理量的位置，從而完成了分布式的監(jiān)測的目的。當多芯光纖上有多處變化時，會形成多個脈沖光信號的序列。
[0023]3、由于至少包括兩個感測纖芯，且兩個感測纖芯的物理參數(shù)不同，如距傳輸纖芯的距離不同、折射率指數(shù)不同、長度不同，則從傳輸纖芯內(nèi)耦合進入兩個感測纖芯的光信號也不同，通過比較兩個感測纖芯內(nèi)傳輸光信號大小的不同，可消除光源波動變化的影響，減小測試誤差；或提高該光纖傳感裝置的檢測動態(tài)范圍；或同時可以監(jiān)測兩個不同的物理量參數(shù)，如同時監(jiān)測一個位置的溫度和應(yīng)變的參量，這增加了該光纖傳感裝置的測試參數(shù)，擴展使用的范圍。
[0024]4、由于本裝置只在多芯光纖內(nèi)的一個傳輸纖芯內(nèi)注入光信號,而檢測另外的感測纖芯內(nèi)的光信號，這屬于暗場監(jiān)測技術(shù)，具有較高的精度和準確性。
[0025]綜上所述，本發(fā)明的多芯光纖和基于該多芯光纖的光纖傳感裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、監(jiān)測距離長，可實現(xiàn)點式或分布式監(jiān)測傳感的目的，具有較好的市場前景。
[0026]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為圖1中多芯光纖的橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為圖2多芯光纖徑向的折射率分布的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為多芯光纖的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5為具有缺陷內(nèi)包層的多芯光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖7為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]附圖標記說明:
4一稱合模塊三；5—光探測器模塊三；6—處理模塊；
7—光探測器模塊一 ；8—光探測器模塊二 ； 9一耦合模塊二 ；10—控制模塊；11 一多芯光纖；12—光源模塊；
13—I禹合模塊一 ；14一輸出模塊；15—傳輸纖芯；16—感測纖芯；
19—輔助光纖；24—外包層；25—涂覆層；33—光反射裝置。
【具體實施方式】
[0035]實施例1
如圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種多芯光纖及基于多芯光纖的光纖傳感裝置，光纖傳感裝置包括控制模塊10、光源模塊12、稱合模塊一 13、光探測器模塊一 7和處理模塊6,控制模塊10與光源模塊12連接并控制后者發(fā)出光信號，優(yōu)選的是發(fā)出脈沖光信號，光源模塊12與耦合模塊一 13通過輔助光纖19連接，所述的耦合模塊一 13與多芯光纖11的一端連接，所述的多芯光纖11是有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層23，其中一個纖芯為傳輸纖芯15，其他纖芯為感測纖芯16，至少有一個感測纖芯16的長度與傳輸纖芯15的長度不同；所述的耦合模塊一 13是使光信號僅耦合進多芯光纖11內(nèi)的傳輸纖芯15的耦合模塊；在所述的多芯光纖11的另一端與光探測器模塊一 7連接，光探測器模塊一 7同時獲取多芯光纖11的每個纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?，光探測器模塊一 7與處理模塊6連接。優(yōu)選的，處理模塊6后連接著輸出模塊14，如顯示器、打印機等終端。
[0036]當進行分布式監(jiān)測時，由于采用的多芯光纖11內(nèi)有至少三個纖芯，其中至少有一個纖芯為光信號傳輸纖芯15，且至少有一個感測纖芯16的長度大于或小于傳輸纖芯15，則光信號在傳輸纖芯15和感測纖芯16內(nèi)傳輸?shù)乃俣炔煌敹嘈竟饫w11 一處變化時，如微彎、彎曲、變形等情況時，注入的脈沖光信號逸出并有部分耦合近未注入光信號的感測纖芯16內(nèi)，從而被多芯光纖11端部的光探測器模塊一 7捕獲，由于兩個纖芯內(nèi)光信號傳輸速度的不同，探測脈沖光信號與包含有待測物理量的另一個感測纖芯16內(nèi)的光信號分先后次序到達光探測器模塊一 7，從而分辨出不同的光信號的大小及時間間隔，根據(jù)包含待測物理量的光信號的大小可以知道待測物理量的大小，根據(jù)探測脈沖光信號與含待測物理量的光信號的間隔時間可以計算出待測物理量的位置，從而完成了分布式的監(jiān)測的目的。當多芯光纖11上有多處變化時，會形成多個脈沖光信號的序列。當進行點式監(jiān)測時，光源模塊12發(fā)出脈沖光信號和連續(xù)光信號均可達到監(jiān)測目的。
[0037]所述的光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8、光探測模塊三17可以是光功率計、光子計數(shù)器、光譜分析儀、波長計之一。
[0038]所述的光源模塊12可以是單波長光源、多波長光源或?qū)拵Ч庠粗弧Ｈ鐔尾ㄩL光源是DFB激光器,其輸出光信號波長穩(wěn)定，功率大。多波長光源可以是由多個DFB激光器構(gòu)成。
[0039]當光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8、光探測器模塊三5采用的是光功率計、光子計數(shù)器的測試儀器時，優(yōu)選的，光源模塊12可以是單波長光源、多波長光源之一，本發(fā)明裝置的探測器采集的是脈沖或連續(xù)光信號的功率大小，并根據(jù)其功率大小可推算出待測的物理量的大??；當光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8、光探測三5采用的是光譜分析儀、波長計之一時，優(yōu)選的，光源模塊12可以是多波長光源或?qū)拵Ч庠粗?，本發(fā)明裝置采集的是脈沖或連續(xù)光信號的波長信息，并可根據(jù)該信息推算出待測物理量的大小。
[0040]所述的多芯光纖是:包括光纖的內(nèi)包層23和位于內(nèi)包層23中的纖芯，有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層23，其中一個纖芯為傳輸纖芯21，其他纖芯為感測纖芯16，每個感測纖芯16的長度均不小于傳輸纖芯的長度，且至少有一個感測纖芯16的長度大于傳輸纖芯的長度。
[0041]或是:多芯光纖11有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層23，其中一個纖芯為傳輸纖芯15，其他纖芯為感測纖芯16，每個感測纖芯16的長度均不大于傳輸纖芯15的長度，且至少有一個感測纖芯16的長度小于傳輸纖芯15的長度。
[0042]進一步的，所述的內(nèi)包層23外有外包層24，內(nèi)包層23的折射率指數(shù)大于外包層24折射率指數(shù)。進一步的，所述的內(nèi)包層外有外包層，內(nèi)包層的折射率指數(shù)大于外包層折射率指數(shù)。
[0043]優(yōu)選的，所述的內(nèi)包層23沿多芯光纖11徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層，如圖
5。非圓對稱的缺陷包層的徑向截面可以是矩形、切掉一部分的圓形、橢圓形、多邊形等形狀，這樣可以使傳輸纖芯15內(nèi)傳播光信號時，部分逸出的光信號不會在接近內(nèi)包層23與外包層24的邊緣部分傳播而被消耗掉，而是被反射并穿過傳輸纖芯15或感測纖芯16，其最終大部分被纖芯所捕獲，從而減小了光信號傳輸?shù)乃p。
[0044]至少有一個所述的感測纖芯16以螺旋體形狀布設(shè)于內(nèi)包層23中。進一步的，所述的螺旋體的節(jié)距相同。
[0045]至少有一個所述的感測纖芯16以螺旋體形狀布設(shè)于內(nèi)包層23中。進一步的，所述的螺旋體的節(jié)距不同。
[0046]所述的感測纖芯16以螺旋體形狀圍繞傳輸纖芯15布設(shè)。
[0047]所述的傳輸纖芯15位于感測纖芯16形成的螺旋體的軸向中心位置。
[0048]所述的各個感測纖芯16距傳輸纖芯15的距離不同。
[0049]所述的傳輸纖芯15位于整個多芯光纖11縱向的軸心位置。
[0050]至少有兩個所述的感測纖芯16的折射率指數(shù)不同。
[0051]至少有兩個所述的感測纖芯16的芯徑不同。
[0052]所述的多芯光纖11是高分子材料構(gòu)成的光纖、由多組份玻璃構(gòu)成的光纖、氟化物玻璃構(gòu)成的光纖或石英玻璃構(gòu)成的光纖。
[0053]實施例2
如圖6所示的一種光纖傳感裝置，與實施例1不同的是在所述的多芯光纖11的另一端與耦合模塊三4連接，耦合模塊三4內(nèi)包含有三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖11內(nèi)的至少兩個感測纖芯16和傳輸纖芯15分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三4分別與光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光探測器模塊三5連接；光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光探測器模塊三5與處理模塊6連接。
[0054]該方案的運行步驟如下:
1)包括傳感光纖11，其內(nèi)包含的傳輸纖芯15和感測纖芯16的長度不同，控制模塊10控制光源模塊12發(fā)出脈沖光信號，脈沖光信號通過耦合器一 13注入到多芯光纖11 一端的傳輸纖芯15內(nèi)傳輸；
2)脈沖光信號在傳輸纖芯15內(nèi)由多芯光纖11的一端傳輸至另一端，在所述的多芯光纖11的另一端安置有耦合模塊三4，耦合模塊三4內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖11內(nèi)的至少兩個感測纖芯16和傳輸纖芯15)分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三4分別與光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光探測器模塊三5連接；光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光探測器模塊三5與處理模塊6連接；
3)當多芯光纖11上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯15內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯16內(nèi)并在各個感測纖芯16內(nèi)傳輸，其中至少有兩個感測纖芯16和傳輸纖芯15內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗謩e被光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光探測器模塊三5獲取，三個光探測器模塊分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鬟f給處理模塊6,處理模塊6根據(jù)光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8傳遞的電信號的大小以及兩者的比較，消除由于光源或非待測物理量的影響導(dǎo)致的光信號功率變化引入的誤差，再通過與光探測器模塊三5傳遞的電信號的時間間隔，從而計算出待測物理量的大小和位置，而完成監(jiān)測的目的。
[0055]本實施例中，若將耦合模塊三4由耦合模塊二 9替換，耦合模塊二 9具有獨立的雙通道，則兩個感測纖芯16可通過該模塊分別與光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8連接，同樣可以達到消除光信號變化引入的誤差，及計算得到待測物理量的大小和相對位置，而完成監(jiān)測的目的。
[0056]本實施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。
[0057]實施例3
如圖7所不,本實施例與實施例1不同的是:一種基于多芯光纖11的光纖傳感裝置，包括控制模塊10、光源模塊12、稱合模塊一 13、光探測器模塊一 7和處理模塊6,控制模塊10與光源模塊12連接并控制后者發(fā)出光信號，光源模塊12與耦合模塊一 13連接，所述的耦合模塊一 13與多芯光纖11的一端連接，所述的多芯光纖11是有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層23，其中一個纖芯為傳輸纖芯15，其他纖芯為感測纖芯16，至少有一個感測纖芯16的長度與傳輸纖芯15的長度不同；所述的耦合模塊一 13至少有兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，其中一個通道是使光源模塊12發(fā)出的光信號僅耦合進多芯光纖11內(nèi)的傳輸纖芯15，另外的通道與多芯光纖11的感測纖芯16連接，感測纖芯16內(nèi)的傳輸光信號通過耦合模塊一 13與光探測器模塊一 7連接，光探測器模塊一 7獲取感測纖芯16內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?，光探測器模塊一 7與處理模塊6連接；在多芯光纖11的另一端安置有光反射裝置33。
[0058]所述的光反射裝置33是光纖光柵、光反射鏡或包含有氣泡的光纖。
[0059]優(yōu)選的，在所述的多芯光纖11的一端安置的耦合模塊一 13內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖11內(nèi)的至少兩個感測纖芯16和傳輸纖芯15分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊一 13分別與光探測器模塊一 7、光探測器模塊二 8和光源模塊12連接；光探測器模塊一 7和光探測器模塊二 8與處理模塊6連接；光探測器模塊一 7和光探測器模塊二 8分別獲取多芯光纖11的感測纖芯16內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘枴?br> [0060]本實施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。
[0061]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多芯光纖,包括光纖的內(nèi)包層(23)和位于內(nèi)包層(23)中的纖芯,其特征在于，有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層(23)，其中一個纖芯為傳輸纖芯(15)，其他纖芯為感測纖芯(16)，每個感測纖芯(16)的長度均不小于傳輸纖芯(15)的長度，且至少有一個感測纖芯(16)的長度大于傳輸纖芯(15)的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯光纖，其特征在于:所述的內(nèi)包層(23)外有外包層(24)，內(nèi)包層(23)的折射率指數(shù)大于外包層(24)折射率指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多芯光纖,其特征在于:所述的內(nèi)包層(23)沿多芯光纖(11)徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種多芯光纖，其特征在于:所述的感測纖芯(16)以螺旋體形狀布設(shè)于內(nèi)包層(23)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種多芯光纖，其特征在于:所述的感測纖芯(16)以螺旋體形狀圍繞傳輸纖芯(15)布設(shè)，所述的傳輸纖芯(15)位于感測纖芯(16)形成的螺旋體的軸向中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種多芯光纖,其特征在于:所述的各個感測纖芯(16)距傳輸纖芯(15)的距離不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種多芯光纖，其特征在于:至少有兩個所述的感測纖芯(16)的折射率指數(shù)不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種多芯光纖，其特征在于:至少有兩個所述的感測纖芯(16)的芯徑不同。
9.一種基于多芯光纖的傳感裝置，包括控制模塊(10)、光源模塊(12)、耦合模塊一(13)、光探測器模塊一(7)和處理模塊(6)，控制模塊(10)與光源模塊(12)連接并控制后者發(fā)出光信號，光源模塊(12)與耦合模塊一(13)連接，所述的耦合模塊一(13)與多芯光纖(11)的一端連接，所述的多芯光纖(11)是有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層(23)，其中一個纖芯為傳輸纖芯(15)，其他纖芯為感測纖芯(16)，至少有一個感測纖芯(16)的長度與傳輸纖芯(15)的長度不同；所述的耦合模塊一(13)是使光信號僅耦合進多芯光纖(11)內(nèi)的傳輸纖芯(15)的耦合模塊；在所述的多芯光纖(11)的另一端與光探測器模塊一(7)連接，光探測器模塊一(7)同時獲取多芯光纖(11)的每個纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?，光探測器模塊一(7)與處理模塊(6)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種基于多芯光纖的傳感裝置，其特征在于:在所述的多芯光纖(11)的另一端與耦合模塊二(9)連接，耦合模塊二(9)內(nèi)包含有至少兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖(11)內(nèi)的至少兩個感測纖芯(16)分別與兩個通道連接，并通過該耦合模塊二( 9 )分別與光探測器模塊一(7 )和光探測器模塊二( 8 )連接；光探測器模塊一(7 )和光探測器模塊二( 8 )與處理模塊(6 )連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的一種基于多芯光纖的傳感裝置，其特征在于:在所述的多芯光纖(11)的另一端與耦合模塊三(4)連接，耦合模塊三(4)內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖(11)內(nèi)的至少兩個感測纖芯(16)和傳輸纖芯(15)分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三(4)分別與光探測器模塊一(7 )、光探測器模塊二( 8 )和光探測器模塊三(5)連接；光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)和光探測器模塊三(5)與處理模塊(6)連 接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、10或11的一種基于多芯光纖的傳感裝置,其特征在于:所述的多芯光纖(11)的內(nèi)包層(23)外有外包層(24)，內(nèi)包層(23)的折射率指數(shù)大于外包層(24)折射率指數(shù)，且所述的內(nèi)包層(23)沿多芯光纖(11)徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的一種基于多芯光纖的傳感裝置，其特征在于:在所述的多芯光纖(11)中，所述的感測纖芯(16)以螺旋體形狀布設(shè)于內(nèi)包層(23)中，所述的傳輸纖芯(15)位于感測纖芯(16)形成的螺旋體的軸向中心位置，且所述的各個感測纖芯(16)距傳輸纖芯(15)的距離不同。
14.一種基于多芯光纖的傳感裝置，包括控制模塊(10)、光源模塊(12)、耦合模塊二(9)、光探測器模塊一(7)和處理模塊(6)，控制模塊(10)與光源模塊(12)連接并控制后者發(fā)出光信號，光源模塊(12)與耦合模塊二(9)連接，所述的耦合模塊二(9)與多芯光纖(11)的一端連接，所述的多芯光纖(11)是有至少三個纖芯布設(shè)于內(nèi)包層(23)，其中一個纖芯為傳輸纖芯(15)，其他纖芯為感測纖芯(16)，至少有一個感測纖芯(16)的長度與傳輸纖芯(15)的長度不同；所述的耦合模塊二(9)至少有兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，其中一個通道是使光源模塊(12)發(fā)出的光信號僅耦合進多芯光纖(11)內(nèi)的傳輸纖芯(15)，另外的通道與多芯光纖(11)的感測纖芯(16)連接，感測纖芯(16)內(nèi)的傳輸光信號通過耦合模塊二(9)與光探測器模塊一(7)連接，光探測器模塊一(7)感測纖芯(16)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?，光探測器模塊一(7)與處理模塊(6)連接；在多芯光纖(11)的另一端安置有光反射裝置(33)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的一種基于多芯光纖的傳感裝置,其特征在于:在所述的多芯光纖(11)的一端安置的 耦合模塊三(4)內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖(11)內(nèi)的至少兩個感測纖芯(16)和傳輸纖芯(15)分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三(4)分別與光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)和光源模塊(12)連接；光探測器模塊一(7)和光探測器模塊二(8)與處理模塊(6)連接；光探測器模塊一(7)和光探測器模塊二(8)分別獲取多芯光纖(11)的感測纖芯(16)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘枴?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求14的一種基于多芯光纖的傳感裝置,其特征在于:所述的光反射裝置(33)是光纖光柵、光反射鏡或包含有氣泡的光纖。
17.一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:步驟如下: 1)包括傳感光纖(11)，其內(nèi)包含的傳輸纖芯(15 )和感測纖芯(16 )的長度不同,控制模塊(10)控制光源模塊(12)發(fā)出脈沖光信號,脈沖光信號通過稱合器一(13)注入到多芯光纖(11) 一端的傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸； 2)脈沖光信號在傳輸纖芯(15)內(nèi)由多芯光纖(11)的一端傳輸至另一端，并被安置在多芯光纖(11)另一端的光探測器模塊一(7)獲取,光探測器模塊一(7)將該脈沖光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給處理模塊(6)； 3)當多芯光纖(11)上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯(16)內(nèi)并在各個感測纖芯(16)內(nèi)傳輸，由于傳輸纖芯(15)和感測纖芯(16)的長度不同，則光信號在兩者之間的傳輸速度不同，則傳輸纖芯(15)和感測纖芯(16)內(nèi)光信號分先后次序到達多芯光纖(11)另一端并被光探測器模塊一(7)獲取，光探測器模塊一(7)將所獲取的光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給處理模塊(6)，處理模塊(6)根據(jù)電信號的大小和時間間隔計算出待測物理量的大小和位置，從而完成監(jiān)測的目的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:所述的多芯光纖(11)的內(nèi)包層(23)外有外包層(24),內(nèi)包層(23)的折射率指數(shù)大于外包層(24)折射率指數(shù)，且所述的內(nèi)包層(23)沿多芯光纖(11)徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。
19.一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:步驟如下: 1)包括傳感光纖(11)，其內(nèi)包含的傳輸纖芯(15 )和感測纖芯(16 )的長度不同,控制模塊(10)控制光源模塊(12)發(fā)出脈沖光信號,脈沖光信號通過稱合器一(13)注入到多芯光纖(11) 一端的傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸； 2)脈沖光信號在傳輸纖芯(15)內(nèi)由多芯光纖(11)的一端傳輸至另一端，在所述的多芯光纖(11)的另一端安置有耦合模塊二(9)，耦合模塊二(9)內(nèi)包含有至少兩個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖(11)內(nèi)的至少兩個感測纖芯(16)分別與兩個通道連接，并通過該耦合模塊二(9)分別與光探測器模塊一(7)和光探測器模塊二(8)連接；光探測器模塊一(7)和光探測器模塊二(8)與處理模塊(6)連接； 3)當多芯光纖(11)上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯(16)內(nèi)并在各個感測纖芯(16)內(nèi)傳輸，其中至少有兩個感測纖芯(16)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗謩e被光探測器模塊一(7)和光探測器模塊二(8)獲取，兩個光探測器模塊分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鬟f給處理模塊(6)，處理模塊(6)根據(jù)兩者電信號的大小和兩者的比較，消除光信號功率變化引入的誤差，再通過時間間隔，從而計算 出待測物理量的大小和位置，而完成監(jiān)測的目的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:所述的多芯光纖(11)的內(nèi)包層(23)外有外包層(24),內(nèi)包層(23)的折射率指數(shù)大于外包層(24)折射率指數(shù)，且所述的內(nèi)包層(23)沿多芯光纖(11)徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。
21.一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:步驟如下: 1)包括傳感光纖(11)，其內(nèi)包含的傳輸纖芯(15 )和感測纖芯(16 )的長度不同,控制模塊(10)控制光源模塊(12)發(fā)出脈沖光信號,脈沖光信號通過稱合器一(13)注入到多芯光纖(11) 一端的傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸； 2)脈沖光信號在傳輸纖芯(15)內(nèi)由多芯光纖(11)的一端傳輸至另一端，在所述的多芯光纖(11)的另一端安置有耦合模塊三(4)，耦合模塊三(4)內(nèi)包含有至少三個通道，每個通道間互相沒有干擾，所述的多芯光纖(11)內(nèi)的至少兩個感測纖芯(16)和傳輸纖芯(15)分別與三個通道連接，并通過該耦合模塊三(4)分別與光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)和光探測器模塊三(5)連接；光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)和光探測器模塊三(5)與處理模塊(6)連接； 3)當多芯光纖(11)上的某處受到待測物理量的作用而變化時，傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘栍胁糠竹詈线M兩個或兩個以上的感測纖芯(16)內(nèi)并在各個感測纖芯(16)內(nèi)傳輸，其中至少有兩個感測纖芯(16)和傳輸纖芯(15)內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柗謩e被光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)和光探測器模塊三(5)獲取，三個光探測器模塊分別將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌鬟f給處理模塊(6)，處理模塊(6)根據(jù)光探測器模塊一(7)、光探測器模塊二(8)傳遞的電信號的大小以及兩者的比較，消除光信號功率變化引入的誤差，再通過與光探測器模塊三(5)傳遞的電信號的時間間隔，從而計算出待測物理量的大小和位置，而完成監(jiān)測的目的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的一種基于多芯光纖的傳感裝置的運行方法，其特征在于:所述的多芯光纖(11)的內(nèi)包層(23)外有外包層(24),內(nèi)包層(23)的折射率指數(shù)大于外包層 (24)折射率指數(shù)，且所述的內(nèi)包層(23)沿多芯光纖(11)徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。
【文檔編號】G02B6/036GK103901532SQ201310710629
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司