專利名稱：一種基于波分復(fù)用的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種基于波分復(fù)用的光纖 傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于光纖光纜的分布式光纖傳感系統(tǒng)，具有同時獲取在監(jiān)測光纖光纜敷 設(shè)區(qū)域內(nèi)被測量隨時間和空間變化的信息的能力，適用于長距離光纖光纜系
統(tǒng)的分布式偵聽;險測領(lǐng)i或。該傳感系統(tǒng)主要用于才全測定位應(yīng)力、應(yīng)變和^展動， 對需要防護重要區(qū)域、目標(biāo)如軍事重地、管制區(qū)域、各種重要管線以及重 要國境線進行入侵預(yù)警和監(jiān)視并提供精確定位，是安全防護領(lǐng)域的重要技術(shù)。
馬赫-澤德干涉型光纖傳感系統(tǒng)的傳感部分是一種典型的馬赫-澤德干 涉儀?，F(xiàn)有技術(shù)中的基本結(jié)構(gòu)1如圖1所示，2x2耦合器106和108、光纖(或 光纜)107構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀。光發(fā)射機102發(fā)射的光信號被1x2功分器 104分成兩束光，其中一束光經(jīng)106、 107、 108、 1x2功分器105后^皮光電轉(zhuǎn) 換接收器103接收，另一束光經(jīng)105、 108、 107、 106后被光電轉(zhuǎn)換接收器101 接收，通過處理IOI、 103接收到的信號，可獲得外場變化信息，定位應(yīng)力、 應(yīng)變或振動發(fā)生的位置。
由光發(fā)射機102發(fā)射的光信號分為沿兩個相反方向傳輸?shù)墓?，如果傳?光纖(或光纜)107的某部分受到外力作用產(chǎn)生形變或振動，那么在107中傳 輸?shù)墓庑盘柕南辔粫l(fā)生變化。通過檢測兩個方向的光信號波形變化的時間 差，即可計算出應(yīng)力、應(yīng)變或振動發(fā)生的位置。
圖l中所示現(xiàn)有技術(shù)中，光電轉(zhuǎn)換接收機IOI、 103采用單一的光電轉(zhuǎn)換 檢測器。這種結(jié)構(gòu)存在光電轉(zhuǎn)換檢測器輸出的直流信號較高、輸出的交流信 號受偏振的影響、系統(tǒng)檢測擾動位置時準(zhǔn)確度較差、在長距離應(yīng)用中靈敏度 比較低等缺點。
現(xiàn)有技術(shù)中的基本結(jié)構(gòu)2如圖2所示，包括光信號的收發(fā)部分201、耦合 模塊l 202、引導(dǎo)光纖(或光纜)203、耦合模塊2 204和傳感光纖(或光纜)205， 205形成一環(huán)形，與其它部分形成一封閉區(qū)域。光信號的收發(fā)部分201 包括光發(fā)生器209、放大器206、 210以及光電轉(zhuǎn)換器207、 208、 211、 212。 其中206、 207、 208構(gòu)成一個平衡檢測光電轉(zhuǎn)換接收器，210、 211、 212構(gòu)成 另 一個平衡檢測光電轉(zhuǎn)換接收器。
圖2中所示現(xiàn)有技術(shù)采用探測器對組成平衡探測器，克服了圖1所示技 術(shù)中光電轉(zhuǎn)換檢測器輸出的直流信號較高、輸出的交流信號受偏振的影響、 系統(tǒng)一企測擾動位置時準(zhǔn)確度較差的缺點。
圖1和圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)采用單一的光信號波長，接收模塊接收的光 信號中混雜了背向瑞利散射光信號噪聲和布里淵散射光信號噪聲，這些噪聲 在長距離監(jiān)控系統(tǒng)中光發(fā)射模塊需要發(fā)射大功率光信號時嚴(yán)重干擾了有用信 號，限制了傳感系統(tǒng)的監(jiān)控范圍和接收靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種基于波分復(fù)用的光纖 傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括光信號的發(fā)射接收部分、波分復(fù)用模塊、引導(dǎo)光纖(或 光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)。
所述傳感光纖(或光纜)與耦合模塊一起構(gòu)成馬赫-澤德(Mach-Zehnder ) 干涉儀，波分復(fù)用模塊連接到光信號的收發(fā)部分，引導(dǎo)光纖(或光纜)將耦 合模塊連接到波分復(fù)用模塊。
所述光信號發(fā)射接收部分采用兩套發(fā)射和接收，兩套發(fā)射機發(fā)射的光信 號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光纜)的兩個相反的傳 輸方向上構(gòu)成各自的馬赫-澤德干涉儀。
所述波分復(fù)用模塊，根據(jù)光信號發(fā)射接收部分發(fā)射的兩個波長之間的間 隔，包括兩個粗波分復(fù)用器件或密集波分復(fù)用器件或兩個光環(huán)行器組合兩個 光濾波器，分離發(fā)射光信號和接收光信號，同時所述波分復(fù)用模塊還濾除背 向瑞利散射噪聲和布里淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統(tǒng)的接收靈敏度，擴展了傳感系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。
所述耦合模塊分別將順時針和逆時針方向的發(fā)射光信號分成兩路干涉信 號，同時把從反方向來的干涉光信號進行耦合，輸送到波分復(fù)用模塊。
所述波分復(fù)用模塊、引導(dǎo)光纖(或光纜)和耦合模塊部分可以相互獨立 或成為一個整體。
所述引導(dǎo)光纖(或光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一 根光纜中。
所述傳感光纖(或光纜)通過兩根光纖與耦合模塊相連接來實現(xiàn)。
本發(fā)明的有益效果在于，光信號發(fā)射接收部分采用兩套發(fā)射和接收，兩 套發(fā)射機發(fā)射的光信號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光 纜)的兩個相反的傳輸方向上構(gòu)成各自的馬赫-澤德干涉儀。兩種波長的光 信號采用波分復(fù)用模塊進行分離，在接收方向波分復(fù)用模塊濾除背向瑞利散 射噪聲和布里淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統(tǒng)的接收靈敏 度，擴展了傳感系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1;
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2;
圖3為本發(fā)明實施例1的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明實施例2的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式
本發(fā)明提供一種光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例一
本發(fā)明提供 一 種光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該系統(tǒng) 包括光信號的發(fā)射接收部分301、波分復(fù)用模塊302、引導(dǎo)光纖(或光纜) 303、耦合模塊304和傳感光纖(或光纜)305, 305形成一環(huán)形，與其它部分 形成一封閉區(qū)域。本實施例中，所述光信號的發(fā)射接收部分301包括光信號發(fā)生器1 307、 光信號發(fā)生器2 308、光電轉(zhuǎn)換接收器l 309和光電轉(zhuǎn)換接收器1 306。其中307、 308發(fā)射的光信號波長不同，306、 309接收的光信號波長也不同。
所述波分復(fù)用模塊302包括兩個具有波分復(fù)用功能的粗波分復(fù)用器件或 密集波分復(fù)用器件310、 311，具有波分復(fù)用功能的3]0、 311也可以由光環(huán)行 器與光濾波器組合而成，實現(xiàn)分離發(fā)射光信號和接收光信號。
所述引導(dǎo)光纖(或光纜)303包括2根光纖，用于連接波分復(fù)用模塊302和 耦合模塊304。
所述耦合模塊304包括兩個lx2或2x2的耦合器312、 313。 所述傳感光纖(或光纜)305包括至少2根光纖，用于連接耦合器312、 313,
構(gòu)成一個環(huán)。所述2根傳感光纖可以并行置于一根光纜內(nèi)，也可以以其它形式放置。
本實施例中，光信號發(fā)生器1 307發(fā)射的光信號波長1通過波分復(fù)用器 件310與反方向傳送來的光信號波長2分離，光信號波長1通過引導(dǎo)光纖303 傳送到耦合器312，分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中順時針方向 傳輸，到達耦合器313后兩束光信號合并成一束經(jīng)引導(dǎo)光纖303傳送到波分 復(fù)用器311， 311分離光信號發(fā)射器2 308發(fā)射的光信號波長2和313傳來的 接收到的光信號波長l，光信號波長l被傳送到光電轉(zhuǎn)換接收器l 309。在逆 時針方向，光信號發(fā)生器2 308發(fā)射的光信號波長2通過波分復(fù)用器件311 與反方向傳送來的光信號波長1分離，光信號波長2通過引導(dǎo)光纖303傳送 到耦合器313,分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中逆時針方向傳輸， 到達耦合器312后兩束光信號合并成一束經(jīng)引導(dǎo)光纖303傳送到波分復(fù)用器 310， 310分離光信號發(fā)射器1 307發(fā)射的光信號波長2和312傳來的接收到 的光信號波長2,光信號波長2被傳送到光電轉(zhuǎn)換接收器2 306。通過處理306、 309輸出的信號，可獲得外場變化信息，定位應(yīng)力、應(yīng)變或振動發(fā)生的位置。
實施例二
本發(fā)明提供一種光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示，所述光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)功能與實施例一相同，但313處于遠端，305不形成環(huán)形，與其它部分不 形成一封閉區(qū)域。
本實施例中，耦合器313放置于遠端，與312不在同一位置，因此傳感 光纖(或光纜)305不必構(gòu)成一個環(huán)。光信號發(fā)生器1發(fā)射的光信號波長1通過波分復(fù)用器件310與反方向傳送來的光信號波長2分離，光信號波長1傳 送到耦合器312，分成兩束光信號在傳感光纖(或光纜)305中順時針方向傳 輸，到達耦合器313后兩束光信號合并成一束傳送到波分復(fù)用器311， 311分 離光信號發(fā)射器2 308發(fā)射的光信號波長2和313傳來的接收到的光信號波 長l，光信號波長1被傳送到光電轉(zhuǎn)換接收器1 309。在逆時針方向，光信號 發(fā)生器2 308發(fā)射的光信號波長2通過波分復(fù)用器件311與反方向傳送來的 光信號波長1分離，光信號波長2傳送到耦合器313,分成兩束光信號在傳感 光纖(或光纜)305中逆時針方向傳輸，到達耦合器312后兩束光信號合并成 一束傳送到波分復(fù)用器310， 310分離光信號發(fā)射器1 307發(fā)射的光信號波長 2和312傳來的接收到的光信號波長2，光信號波長2被傳送到光電轉(zhuǎn)換接收 器2 306。通過處理306、 309輸出的信號，可獲得外場變化信息，定位應(yīng)力、 應(yīng)變或振動發(fā)生的位置。
本實施例中，所述傳感光纖(或光纜)305 、引導(dǎo)光纖(或光纜)303可 存在于同 一根光纜中或不同光纜中。
上述實施例僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種基于波分復(fù)用的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括光信號的發(fā)射接收部分、波分復(fù)用模塊、引導(dǎo)光纖(或光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)，其中傳感光纖(或光纜)與耦合模塊一起構(gòu)成馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀，波分復(fù)用模塊連接到光信號的收發(fā)部分，引導(dǎo)光纖(或光纜)連接耦合模塊和波分復(fù)用模塊。其特征在于光信號發(fā)射接收部分采用兩套發(fā)射和接收，兩套發(fā)射機發(fā)射的光信號波長不同，兩種波長的光信號分別在傳感光纖(或光纜)的兩個相反的傳輸方向上構(gòu)成各自的馬赫-澤德干涉儀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，兩種波長的光信 號采用波分復(fù)用模塊進行分離，波分復(fù)用模塊濾除在接收方向的背向瑞利散 射噪聲和布里淵散射噪聲，降低了接收方向的噪聲，提高了系統(tǒng)的接收靈敏 度，擴展了傳感系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感系統(tǒng)，其中，根據(jù)光信號發(fā)射接收 部分發(fā)射的兩個波長之間的間隔，波分復(fù)用模塊包括兩個粗波分復(fù)用器件或 密集波分復(fù)用器件或兩個光環(huán)行器組合兩個光濾波器，用于分離發(fā)射光信號 和接收光信號，同時濾除背向瑞利散射噪聲和布里淵散射噪聲。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感系統(tǒng)，其中，耦合模塊分別將順時 針和逆時針發(fā)射光信號分成兩路干涉信號，同時把從反方向來的干涉光信號 進行耦合，輸送到波分復(fù)用模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，波分復(fù)用模 塊、引導(dǎo)光纖(或光纜)和耦合模塊部分可以相互獨立或成為一個整體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于，引導(dǎo)光纖(或 光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一根光纜中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于波分復(fù)用的光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括光信號的發(fā)射接收部分、波分復(fù)用模塊、引導(dǎo)光纖(或光纜)、耦合模塊和傳感光纖(或光纜)；其中，光信號的發(fā)射接收部分發(fā)送兩路不同波長的光信號，通過波分復(fù)用模塊分離發(fā)射光信號和接收光信號，同時波分復(fù)用模塊還濾除背向瑞利散射噪聲和布里淵散射噪聲，波分復(fù)用模塊、引導(dǎo)光纖(或光纜)和耦合模塊可以相互獨立或成為一個整體，引導(dǎo)光纖(或光纜)和傳感光纖(或光纜)可以相互獨立或在同一根光纜中。
文檔編號G01D5/26GK101277151SQ20081011171
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者劍 伍, 超 左, 坤 徐, 林金桐, 洪小斌 申請人:北京郵電大學(xué)