本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)多波長多參量同時(shí)測量的系統(tǒng)，屬于光電子、激光和自動(dòng)化測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1966年，高錕首先提出光纖的概念，到1970年美國康寧公司率先拉制出損耗在20db的光纖，使得光纖成為家喻戶曉并在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的傳輸媒介。伴隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，人們意識(shí)到光纖不僅可以作為光波的傳播介質(zhì)，而且光波在光纖中傳播時(shí)，光波的振幅、相位、偏振態(tài)、波長等特征參量會(huì)隨著溫度、壓力、磁場、電場、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)等外界因素的作用而直接或間接地發(fā)生變化，因而無需任何中間級(jí)就能把外界的作用與光纖內(nèi)的導(dǎo)光性質(zhì)相聯(lián)系，可作為一種新的傳感元件來探測各種物理量。光纖傳感技術(shù)是利用外界因素使光在光纖中傳播時(shí)光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)和波長等參量的變化，從而對外界因素進(jìn)行檢測和信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)。隨著光纖拉制技術(shù)的不斷提高，光纖傳感被迅速的應(yīng)用到航天器，生物醫(yī)學(xué)，地球動(dòng)力學(xué)，化學(xué)檢測，民用工程以及軍用監(jiān)控及警告技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。多波長多參量同時(shí)測量系統(tǒng)能夠使光纖傳感器更好的應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中。

寬帶光源以及高靈敏度的探測器的出現(xiàn)對光纖傳感技術(shù)起到了極大的推動(dòng)作用。光纖從最簡單的通光到實(shí)現(xiàn)光纖通訊、再到光纖傳感，光纖的作用朝著多樣化，功能化的方向發(fā)展。常見的光纖傳感有很多。例如，用熊貓光纖做應(yīng)力傳感，用光纖光柵做溫度傳感，用特殊的光子晶體光纖做液體折射率的測量。多參量多波長測量系統(tǒng)將不同的光纖傳感探頭結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)多個(gè)參量的同時(shí)測量。多波長多參量系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)光纖傳感多功能化，系統(tǒng)化，自動(dòng)化的系統(tǒng)。

多參量測量系統(tǒng)，成功的避免了多參量交叉敏感和普通的光纖傳感器參量測量單一的問題，而且將光纖傳感實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化，集成化，自動(dòng)化。拓寬了傳感器的應(yīng)用范圍，可以根據(jù)具體的需要，級(jí)聯(lián)相應(yīng)的傳感器。系統(tǒng)化的傳感技術(shù)，使得傳感精度大大提高。級(jí)聯(lián)后的傳感器與光譜分析儀和電腦相連?？梢詫?shí)現(xiàn)參量的自動(dòng)化控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決傳感器測量參量單一，且避免了多參量交叉敏感以及參量測量不夠智能化，自動(dòng)化的問題。提供了一種在傳感檢測中實(shí)時(shí)對多參量進(jìn)行檢測和反饋的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對多參量測量實(shí)時(shí)自動(dòng)化檢測。本系統(tǒng)利用波分復(fù)用器(wdm)把傳感光路分成多路，并且和計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了多參量同時(shí)測量并且可以遠(yuǎn)距離自動(dòng)檢測和反饋，最終達(dá)到自動(dòng)化遠(yuǎn)距離監(jiān)控多參量的目的。本發(fā)明系統(tǒng)也可以對同一參量實(shí)現(xiàn)多路光路同時(shí)檢測，從而大大提高參量檢測的準(zhǔn)確度和速度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

多參量實(shí)時(shí)自動(dòng)化檢測系統(tǒng)包括第一寬帶光源(1)、第二寬帶光源(2)、第一wdm(3)、第二wdm(7)、第三wdm(10)、第四wdm(12)、光譜分析儀(4)、計(jì)算機(jī)(5)、3db耦合器(6)、第一敏感光纖(8)、第二敏感光纖(9)、第三敏感光纖(11)、第四敏感光纖(13)。

第一寬帶光源(1)和第二寬帶光源(2)并聯(lián)設(shè)置，第一寬帶光源(1)和第二寬帶光源(2)均與第一wdm(3)連接，第一寬帶光源(1)、第二寬帶光源(2)和第一wdm(3)構(gòu)成波分復(fù)用的過程；第一wdm(3)通過3db耦合器(6)連接第二wdm(7)和第三wdm(10)，第二wdm(7)和第三wdm(10)為并列關(guān)系，3db耦合器(6)與第二wdm(7)連接，第一敏感光纖(8)和第二敏感光纖(9)通過并聯(lián)的方式連接在第二wdm(7)上；第三wdm(10)和第三敏感光纖(11)連接，第三wdm(10)和第四wdm(12)連接，第四wdm(12)和第四敏感光纖(13)連接，第n個(gè)wdm連接第n-1個(gè)wdm，第n個(gè)wdm連接第n個(gè)敏感光纖，n取正整數(shù)。3db耦合器(6)將第二wdm(7)和第三wdm(10)中返回來的光譜傳入光譜分析儀(4)；光譜分析儀(4)與計(jì)算機(jī)(5)連接；

連接的wdm的個(gè)數(shù)n以及wdm后所連的敏感光纖的個(gè)數(shù)n都根據(jù)所需探測的參量決定。

根據(jù)敏感光纖的種類接入不同的光源。

用戶通過光譜分析儀(4)上的光譜觀察敏感光纖周圍的情況，也能通過計(jì)算機(jī)(5)上顯示出來的外界參量的值對所監(jiān)控的參量有直觀的展示。

光從第一寬帶光源(1)和第二寬帶光源(2)發(fā)射出來，進(jìn)入第一wdm(3)然后經(jīng)3db耦合器(6)傳入到下一個(gè)第二wdm(7)，經(jīng)過wdm分成兩路與分別與所需的第一敏感光纖(8)和第二敏感光纖(9)光通過敏感光纖的一端反射回來，經(jīng)過wdm合成一路再經(jīng)3db耦合器傳到光譜分析儀(4)，最終將光譜傳入計(jì)算機(jī)(5)構(gòu)成實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)控的傳感器。根據(jù)實(shí)際情況的需要在3db耦合器(6)的另一端級(jí)聯(lián)多個(gè)wdm在經(jīng)過wdm的分光作用形成多路，連接多個(gè)敏感光纖，實(shí)現(xiàn)多參量同時(shí)測量。

第一寬帶光源(1)和第二寬帶光源(2)并聯(lián)設(shè)置，能夠根據(jù)實(shí)際需要選用相同中心波長的寬帶光源，來提高傳輸光信號(hào)的強(qiáng)度。或者選取中心波長不同的寬帶光源以匹配不同敏感光纖所對應(yīng)的敏感波段。wdm之后連接的敏感光纖之間也為并列關(guān)系。敏感光纖的類型以及測量的敏感參量需根據(jù)實(shí)際情況選取和連接。

本發(fā)明可以取得如下有益的效果：

本發(fā)明完成了光纖傳感與自動(dòng)化儀器相結(jié)合，可以實(shí)時(shí)檢測和反饋敏感光纖所在的環(huán)境參量的變化，并對參量值進(jìn)行分析，超出設(shè)置的安全范圍會(huì)發(fā)出安全警報(bào)。同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境的需求更換敏感光纖，實(shí)現(xiàn)對多參量的同時(shí)測量。由于敏感光纖探頭多樣，因此，此系統(tǒng)的測量參量同樣靈活多變。此系統(tǒng)旨在提供一種實(shí)現(xiàn)多路光同時(shí)傳輸且互不干擾的系統(tǒng)構(gòu)架，根據(jù)實(shí)際需要連接不同的敏感光纖探頭，在與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)對參量實(shí)時(shí)自動(dòng)化檢測系統(tǒng)。

附圖說明

圖1多參量實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2為裝置系統(tǒng)的示意圖。

圖中：1、第一寬帶光源，2、第二寬帶光源，3、第一wdm，7、第二wdm，10、第三wdm，12、第四wdm，4、光譜分析儀，5、計(jì)算機(jī)，6、3db耦合器，8、第一敏感光纖，9、第二敏感光纖，11、第三敏感光纖，13、第四敏感光纖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

本多參量實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)有兩部分構(gòu)成。一是敏感光纖感應(yīng)外界環(huán)境的變化，另一部分是計(jì)算機(jī)讀取并判斷所檢測的參量是否在安全范圍。

如圖1所示，本系統(tǒng)根據(jù)需測量的參量的范圍及數(shù)量選擇合適的wdm(3、7、10、12)的個(gè)數(shù)確定原理圖，這是該系統(tǒng)測量的關(guān)鍵。根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同的敏感光纖探頭(8、9、11、13)，來感應(yīng)所檢測的環(huán)境相應(yīng)參考量的變化，此部分是傳感探測的很重要的部分。光源(1、2)要與敏感光纖(8、9、11、13)相匹配，如果需要，可以連接多個(gè)光源。敏感光纖傳回的光波與所測參量的擬合關(guān)系輸入到計(jì)算機(jī)(5)，然后編譯一個(gè)程序?qū)⑤斎氲墓獠ㄐ畔⑥D(zhuǎn)換成參量數(shù)值，如果參量超過設(shè)定的安全范圍，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。從而達(dá)到多參量自動(dòng)化實(shí)時(shí)測量和監(jiān)控的目的。最后根據(jù)所確定的原理圖用光纖連接各個(gè)部分。

本多參量測量系統(tǒng)也可以做成小型化多參量測量儀表，供實(shí)地隨時(shí)測量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種并列式多波長多參量同時(shí)測量的系統(tǒng)，屬于光纖傳感、光電子的檢測儀表領(lǐng)域。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過敏感光纖接收外界參量的變化，可以從光譜儀上光譜的變化來反推敏感光纖周圍環(huán)境中參量的改變，從而實(shí)驗(yàn)參量測量的目的。試驗(yàn)中根據(jù)不同的參量測量選擇不同種類的敏感光纖作為敏感探頭，比如測應(yīng)力可以用熊貓光纖，比如溫度測量可以用光纖布拉格光柵，比如測溶液折射率可以用去掉包層的特殊結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖。參量的測量根據(jù)特定的敏感光纖的光譜與參量的擬合曲線，與光譜儀上的光譜對比可以直接讀出外界參量的值。由于用波分復(fù)用器可以實(shí)現(xiàn)多路光同時(shí)傳輸，因此可以實(shí)現(xiàn)多參量的同時(shí)測量。

技術(shù)研發(fā)人員：王麗;閆歡歡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.16
技術(shù)公布日：2017.07.04