專利名稱：一種基于w型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感裝置及其工作方法，特別是涉及一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)距離的輸油、輸水或輸氣管線由于工作效率高、安全、低成本的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，但對(duì)于長(zhǎng)距離管線的監(jiān)測(cè)目前沒(méi)有合適的手段，基于普通光纖的布里淵散射傳感裝置具有分布式監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)變的優(yōu)點(diǎn)，但其高昂的成本限制了其推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法。該基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置使用方便、成本低，具有較好的應(yīng)用前景，且其工作方法容易實(shí)現(xiàn)，便于推廣使用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，其特征在于:包括控制模塊、光源模塊一和光探測(cè)器模塊，所述的光源模塊一和光探測(cè)器模塊與1X2光耦合器一的2 口端連接，1X2光耦合器一的I 口端與傳感光纖連接，控制模塊分別與光源模塊一和光探測(cè)器模塊連接；所述的傳感光纖是W型光纖，其從中心到邊沿徑向分布的、依次包括纖芯、包層一、包層二和包層三，所述的纖芯的折射率大于包層一的折射率，包層二的折射率大于包層一和包層三的折射率，在包層三外側(cè)是保護(hù)層；所述的1X2光耦合器一包含有兩個(gè)互相不干擾的光信號(hào)傳輸通道，其中一個(gè)通道是導(dǎo)引所述的光源模塊一發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入傳感光纖的包層二 3內(nèi)的通道一，另一個(gè)是導(dǎo)引傳感光纖的纖芯內(nèi)的反射光信號(hào)進(jìn)入光探測(cè)器模塊的通道二。上述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于:在所述的光探測(cè)器模塊和1X2光稱合器一之間還安置有1X2光稱合器二，1X2光稱合器二的2 口的一端與光探測(cè)器模塊連接，1X2光耦合器二的2 口的另一端與光源模塊二連接，1X2光耦合器二的I 口端與1X2光耦合器一的通道二的一端連接；控制模塊與光源模塊二連接。上述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于:所述的傳感光纖的纖芯和包層二是摻雜有鍺、硼元素的石英玻璃。上述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于，所述的傳感光纖的包層一是摻雜有氟元素的石英玻璃。上述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于，所述的傳感光纖的包層三是高純的石英玻璃。一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法，其特征在于包括以下步驟:步驟1、控制模塊控制光源模塊一發(fā)出的光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)與1X2光稱合器一的通道一進(jìn)入傳感光纖的包層二；同時(shí)控制模塊控制光探測(cè)器模塊探測(cè)傳感光纖的纖芯內(nèi)返回的光信號(hào)；步驟2、當(dāng)傳感光纖上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖的包層二內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)通過(guò)I X 2光耦合器一的通道二進(jìn)入光探測(cè)器模塊，光探測(cè)器模塊將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊；步驟3、控制模塊根據(jù)光探測(cè)器模塊傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè)。一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法，其特征在于包括以下步驟:步驟1、控制模塊控制光源模塊一和光源模塊二同時(shí)發(fā)出的各自的光脈沖信號(hào)分別經(jīng)過(guò)與1X2光耦合器一的通道一和通道二、并分別進(jìn)入傳感光纖的包層二和纖芯；同時(shí)控制模塊控制光探測(cè)器模塊探測(cè)傳感光纖的纖芯內(nèi)返回的光信號(hào)；步驟2、在傳感光纖上未出現(xiàn)變化時(shí)，光探測(cè)器模塊獲取的是光源模塊二發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖纖芯產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)，光探測(cè)器模塊將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊；步驟3、控制模塊根據(jù)光探測(cè)器模塊傳遞的電信號(hào)判斷傳感光纖是否出現(xiàn)斷裂的異常；步驟4、當(dāng)傳感光纖上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖的包層二內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)匯同光源模塊二發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖的纖芯I內(nèi)產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)通過(guò)1X2光耦合器一的通道二和1X2光耦合器二進(jìn)入光探測(cè)器模塊，光探測(cè)器模塊將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊；步驟5、控制模塊根據(jù)光探測(cè)器模塊傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1、在本發(fā)明的基于W型光纖的傳感裝置中，主要利用了 W型光纖的雙通道傳輸光信號(hào)的特點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)W型光纖的纖芯的每處光信號(hào)的變化，達(dá)到了分布式監(jiān)測(cè)的目的，較目前市場(chǎng)上的布里淵散射監(jiān)測(cè)裝置具有成本低、監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、精度高的特點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)前景。2、由于W型光纖的具有良好的光信號(hào)束縛性，使在傳感光纖出現(xiàn)變化時(shí)，如微彎、彎曲、變形等情況時(shí)。在傳感光纖內(nèi)產(chǎn)生的光信號(hào)不會(huì)溢出至傳感光纖外而損耗，而只是在包層二與纖芯內(nèi)進(jìn)行光信號(hào)的再分配，從而保證了光信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸，達(dá)到長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)的目的。3、由于W型光纖的包層二的有效面積遠(yuǎn)大于纖芯的有效面積，從而可以在包層二內(nèi)注入大功率的光脈沖信號(hào)，從而可以增加監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)度。綜上所述，本發(fā)明的基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)，可用于實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)傳感的目的，具有較好的市場(chǎng)前景。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中W型光纖的橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明W型光纖徑向的折射率分布的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-纖芯；2-包層一 ；3-包層二 ；4-包層三；5-保 護(hù)層；6-控制模塊；7-光探測(cè)器模塊；8-光源模塊一；9-1 X 2光稱合器一；10-光源模塊二； 11-傳感光纖； 12-1X2光耦合器二。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1、圖2、圖3所示的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，包括控制模塊6、光源模塊一 8和光探測(cè)器模塊7,所述的光源模塊一 8和光探測(cè)器模塊7與1X2光率禹合器一 9的2 口端連接，I X 2光耦合器一 9的I 口端與傳感光纖11連接，控制模塊6分別與光源模塊一 8和光探測(cè)器模塊7連接；所述的傳感光纖11是W型光纖，其從中心到邊沿徑向分布的、依次包括纖芯1、包層一 2、包層二 3和包層三4,所述的纖芯I的折射率大于包層一 2的折射率，包層二 3的折射率大于包層一 I和包層三4的折射率，在包層三4外側(cè)是保護(hù)層5 ;所述的1X2光耦合器一 9包含有兩個(gè)互相不干擾的光信號(hào)傳輸通道，其中一個(gè)通道是導(dǎo)引所述的光源模塊一 8發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入傳感光纖11的包層二 3內(nèi)的通道一，另一個(gè)是導(dǎo)引傳感光纖11的纖芯I內(nèi)的反射光信號(hào)進(jìn)入光探測(cè)器模塊7的通道二。一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作步驟，步驟如下:步驟1、控制模塊6控制光源模塊一 8發(fā)出的光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)與1X2光稱合器一9的通道一進(jìn)入傳感光纖11的包層二 3 ;同時(shí)控制模塊6控制光探測(cè)器模塊7探測(cè)傳感光纖11的纖芯I內(nèi)返回的光信號(hào)；步驟2、當(dāng)傳感光纖11上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖11的包層二 3內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯I內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)通過(guò)1X2光耦合器一 9的通道二進(jìn)入光探測(cè)器模塊7，光探測(cè)器模塊7將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊6 ；步驟3、控制模塊6根據(jù)光探測(cè)器模塊7傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一 8發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖11變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè)。優(yōu)選的，所述的傳感光纖11的纖芯I和包層二 3是摻雜有鍺、硼元素的石英玻璃。優(yōu)選的，所述的傳感光纖11的包層一 2是摻雜有氟元素的石英玻璃。優(yōu)選的，所述的傳感光纖11的包層三4是高純的石英玻璃。優(yōu)選的，所述的傳感光纖11的纖芯I的折射率較包層一 2的折射率高出0.3%。
優(yōu)選的，所述的傳感光纖11的包層二 3的折射率較包層一 2的折射率高出0.1 %，所述的包層二 3的折射率較包層三4的折射率高出0.3%。如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:在所述的光探測(cè)器模塊7和1X2光耦合器一 9之間還安置有I X 2光耦合器二 12，I X 2光耦合器二 12的2 口的一端與光探測(cè)器模塊7連接，1X2光耦合器二 12的2 口的另一端與光源模塊二 10連接，1X2光耦合器
二12的I 口端與I X 2光耦合器一 9的通道二的一端連接；控制模塊6與光源模塊二 10連接。一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作步驟，步驟如下:步驟1、控制模塊6控制光源模塊一 8和光源模塊二 10同時(shí)發(fā)出的各自的光脈沖信號(hào)分別經(jīng)過(guò)與1X2光耦合器一 9的通道一和通道二、并分別進(jìn)入傳感光纖11的包層二3和纖芯I ;同時(shí)控制模塊6控制光探測(cè)器模塊7探測(cè)傳感光纖11的纖芯I內(nèi)返回的光信號(hào);步驟2、在傳感光纖11上未出現(xiàn)變化時(shí)，光探測(cè)器模塊I獲取的是光源模塊二 10發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖11纖芯I產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)，光探測(cè)器模塊7將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊6 ；步驟3、控制模塊6根據(jù)光探測(cè)器模塊I傳遞的電信號(hào)判斷傳感光纖11是否出現(xiàn)斷裂的異常；步驟4、當(dāng)傳感光纖11上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖11的包層二 3內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯I內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)匯同光源模塊二 10發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖11的纖芯I內(nèi)產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)通過(guò)1X2光稱合器一 9的通道二和1X2光稱合器二 12進(jìn)入光探測(cè)器模塊7，光探測(cè)器模塊7將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊6 ；步驟5、控制模塊6根據(jù)光探測(cè)器模塊7傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一 8發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖11變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè)。優(yōu)選的，所述的光源模塊一 8和光源模塊二 10所發(fā)出的光信號(hào)的波長(zhǎng)不同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于:包括控制模塊(6)、光源模塊一(8)和光探測(cè)器模塊(7),所述的光源模塊一(8)和光探測(cè)器模塊(7)與1X2光率禹合器一(9)的2 口端連接，1X2光耦合器一(9)的I 口端與傳感光纖(11)連接，控制模塊(6)分別與光源模塊一⑶和光探測(cè)器模塊(7)連接；所述的傳感光纖(11)是W型光纖，其從中心到邊沿徑向分布的、依次包括纖芯(I)、包層一(2)、包層二(3)和包層三(4)，所述的纖芯(I)的折射率大于包層一(2)的折射率,包層二(3)的折射率大于包層一(I)和包層三(4)的折射率，在包層三(4)外側(cè)是保護(hù)層(5);所述的1X2光耦合器一(9)包含有兩個(gè)互相不干擾的光信號(hào)傳輸通道，其中一個(gè)通道是導(dǎo)引所述的光源模塊一(8)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入傳感光纖(11)的包層二(3)內(nèi)的通道一，另一個(gè)是導(dǎo)引傳感光纖(11)的纖芯(I)內(nèi)的反射光信號(hào)進(jìn)入光探測(cè)器模塊(7)的通道二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置,其特征在于:在所述的光探測(cè)器模塊(7)和1X2光耦合器一(9)之間還安置有1X2光耦合器二(12)，1X2光耦合器二(12)的2 口的一端與光探測(cè)器模塊(7)連接，1X2光耦合器二(12)的2口的另一端與光源模塊二(10)連接，1X2光耦合器二(12)的I 口端與1X2光耦合器一(9)的通道二的一端連接；控制模塊(6)與光源模塊二(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，其特征在于:所述的傳感光纖的纖芯(I)和包層二(3)是摻雜有鍺、硼元素的石英玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，其特征在于，所述的傳感光纖的包層一(I)是摻雜有氟元素的石英玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，其特征在于，所述的傳感光纖的包層三(4)是高純的石英玻璃。
6.一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法,其特征在于包括以下步驟: 步驟1、控制模塊(6)控制光源模塊一(8)發(fā)出的光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)與1X2光f禹合器一(9)的通道一進(jìn)入傳感光纖(11)的包層二(3);同時(shí)控制模塊(6)控制光探測(cè)器模塊(7)探測(cè)傳感光纖(11)的纖芯(I)內(nèi)返回的光信號(hào)； 步驟2、當(dāng)傳感光纖(11)上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖(II)的包層二(3)內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯(I)內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)通過(guò)1X2光耦合器一(9)的通道二進(jìn)入光探測(cè)器模塊(7)，光探測(cè)器模塊(7)將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊(6)； 步驟3、控制模塊(6)根據(jù)光探測(cè)器模塊(7)傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一(8)發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖(11)變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè)。
7.一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置的工作方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、控制模塊(6)控制光源模塊一⑶和光源模塊二(10)同時(shí)發(fā)出的各自的光脈沖信號(hào)分別經(jīng)過(guò)與1X2光耦合器一(9)的通道一和通道二、并分別進(jìn)入傳感光纖(11)的包層二(3)和纖芯(I);同時(shí)控制模塊(6)控制光探測(cè)器模塊(7)探測(cè)傳感光纖(11)的纖芯(I)內(nèi)返回的光信號(hào)；步驟2、在傳感光纖(11)上未出現(xiàn)變化時(shí)，光探測(cè)器模塊(7)獲取的是光源模塊二(10)發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖(11)纖芯(I)產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)，光探測(cè)器模塊(7)將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊(6)； 步驟3、控制模塊(6)根據(jù)光探測(cè)器模塊(7)傳遞的電信號(hào)判斷傳感光纖(11)是否出現(xiàn)斷裂的異常； 步驟4、當(dāng)傳感光纖(11)上的一處發(fā)生變化，如產(chǎn)生微彎、彎曲或變形時(shí)，傳感光纖(11)的包層二(3)內(nèi)傳輸?shù)牟糠止庑盘?hào)耦合進(jìn)入纖芯(I)內(nèi)，并產(chǎn)生后向的瑞利散射光信號(hào)，該后向的瑞利散射光信號(hào)匯同光源模塊二(10)發(fā)出的光信號(hào)在傳感光纖(11)的纖芯I內(nèi)產(chǎn)生的后向瑞利散射光信號(hào)通過(guò)1X2光f禹合器一(9)的通道二和1X2光f禹合器二(12)進(jìn)入光探測(cè)器模塊(7)，光探測(cè)器模塊(7)將獲取的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制模塊(6)； 步驟5、控制模塊(6)根據(jù)光探測(cè)器模塊(7)傳遞的電信號(hào)的大小和與光源模塊一(8)發(fā)出的光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，計(jì)算出傳感光纖(11)變化的大小和出光纖變化的位置，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的監(jiān)測(cè) 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置，包括控制模塊、光源模塊一和光探測(cè)器模塊，控制模塊分別與光源模塊一和光探測(cè)器模塊連接；傳感光纖是W型光纖，其從中心到邊沿徑向分布的、依次包括纖芯、包層一、包層二和包層三，在包層三外側(cè)是保護(hù)層；1×2光耦合器一包含有兩個(gè)互相不干擾的光信號(hào)傳輸通道，其中一個(gè)通道是導(dǎo)引所述的光源模塊一發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)入傳感光纖的包層二內(nèi)的通道一，另一個(gè)是導(dǎo)引傳感光纖的纖芯內(nèi)的反射光信號(hào)進(jìn)入光探測(cè)器模塊的通道二。該基于W型光纖的低成本分布式傳感裝置使用方便、成本低，且其工作方法容易實(shí)現(xiàn)，便于推廣使用。
文檔編號(hào)G01B11/16GK103162863SQ20111041319
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月11日
發(fā)明者杜兵 申請(qǐng)人:西安金和光學(xué)科技有限公司