专利名称：一种基于w型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感装置及其工作方法，特别是涉及一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法。
背景技术：
长距离的输油、输水或输气管线由于工作效率高、安全、低成本的优点而被广泛使用，但对于长距离管线的监测目前没有合适的手段，基于普通光纤的布里渊散射传感装置具有分布式监测温度和应变的优点，但其高昂的成本限制了其推广使用。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法。该基于W型光纤的低成本分布式传感装置使用方便、成本低，具有较好的应用前景，且其工作方法容易实现，便于推广使用。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，其特征在于:包括控制模块、光源模块一和光探测器模块，所述的光源模块一和光探测器模块与1X2光耦合器一的2 口端连接，1X2光耦合器一的I 口端与传感光纤连接，控制模块分别与光源模块一和光探测器模块连接；所述的传感光纤是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯、包层一、包层二和包层三，所述的纤芯的折射率大于包层一的折射率，包层二的折射率大于包层一和包层三的折射率，在包层三外侧是保护层；所述的1X2光耦合器一包含有两个互相不干扰的光信号传输通道，其中一个通道是导引所述的光源模块一发出的光信号进入传感光纤的包层二 3内的通道一，另一个是导引传感光纤的纤芯内的反射光信号进入光探测器模块的通道二。上述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于:在所述的光探测器模块和1X2光稱合器一之间还安置有1X2光稱合器二，1X2光稱合器二的2 口的一端与光探测器模块连接，1X2光耦合器二的2 口的另一端与光源模块二连接，1X2光耦合器二的I 口端与1X2光耦合器一的通道二的一端连接；控制模块与光源模块二连接。上述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于:所述的传感光纤的纤芯和包层二是掺杂有锗、硼元素的石英玻璃。上述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于，所述的传感光纤的包层一是掺杂有氟元素的石英玻璃。上述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于，所述的传感光纤的包层三是高纯的石英玻璃。一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1、控制模块控制光源模块一发出的光脉冲信号经过与1X2光稱合器一的通道一进入传感光纤的包层二；同时控制模块控制光探测器模块探测传感光纤的纤芯内返回的光信号；步骤2、当传感光纤上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤的包层二内传输的部分光信号耦合进入纤芯内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号通过I X 2光耦合器一的通道二进入光探测器模块，光探测器模块将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块；步骤3、控制模块根据光探测器模块传递的电信号的大小和与光源模块一发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测。一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1、控制模块控制光源模块一和光源模块二同时发出的各自的光脉冲信号分别经过与1X2光耦合器一的通道一和通道二、并分别进入传感光纤的包层二和纤芯；同时控制模块控制光探测器模块探测传感光纤的纤芯内返回的光信号；步骤2、在传感光纤上未出现变化时，光探测器模块获取的是光源模块二发出的光信号在传感光纤纤芯产生的后向瑞利散射光信号，光探测器模块将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块；步骤3、控制模块根据光探测器模块传递的电信号判断传感光纤是否出现断裂的异常；步骤4、当传感光纤上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤的包层二内传输的部分光信号耦合进入纤芯内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号汇同光源模块二发出的光信号在传感光纤的纤芯I内产生的后向瑞利散射光信号通过1X2光耦合器一的通道二和1X2光耦合器二进入光探测器模块，光探测器模块将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块；步骤5、控制模块根据光探测器模块传递的电信号的大小和与光源模块一发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测。本发明与现有技术相比具有以下优点:1、在本发明的基于W型光纤的传感装置中，主要利用了 W型光纤的双通道传输光信号的特点，通过监测W型光纤的纤芯的每处光信号的变化，达到了分布式监测的目的，较目前市场上的布里渊散射监测装置具有成本低、监测距离长、精度高的特点，具有良好的市场前景。2、由于W型光纤的具有良好的光信号束缚性，使在传感光纤出现变化时，如微弯、弯曲、变形等情况时。在传感光纤内产生的光信号不会溢出至传感光纤外而损耗，而只是在包层二与纤芯内进行光信号的再分配，从而保证了光信号的长距离传输，达到长距离监测的目的。3、由于W型光纤的包层二的有效面积远大于纤芯的有效面积，从而可以在包层二内注入大功率的光脉冲信号，从而可以增加监测的长度。综上所述，本发明的基于W型光纤的低成本分布式传感装置具有结构简单、成本低、监测距离长，可用于实现分布式监测传感的目的，具有较好的市场前景。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为本发明中W型光纤的横截面的结构示意图。图3为本发明W型光纤径向的折射率分布的结构示意图。图4为本发明实施例2的结构示意图。附图标记说明:1-纤芯；2-包层一 ；3-包层二 ；4-包层三；5-保 护层；6-控制模块；7-光探测器模块；8-光源模块一；9-1 X 2光稱合器一；10-光源模块二； 11-传感光纤； 12-1X2光耦合器二。
具体实施例方式实施例1如图1、图2、图3所示的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，包括控制模块6、光源模块一 8和光探测器模块7,所述的光源模块一 8和光探测器模块7与1X2光率禹合器一 9的2 口端连接，I X 2光耦合器一 9的I 口端与传感光纤11连接，控制模块6分别与光源模块一 8和光探测器模块7连接；所述的传感光纤11是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯1、包层一 2、包层二 3和包层三4,所述的纤芯I的折射率大于包层一 2的折射率，包层二 3的折射率大于包层一 I和包层三4的折射率，在包层三4外侧是保护层5 ;所述的1X2光耦合器一 9包含有两个互相不干扰的光信号传输通道，其中一个通道是导引所述的光源模块一 8发出的光信号进入传感光纤11的包层二 3内的通道一，另一个是导引传感光纤11的纤芯I内的反射光信号进入光探测器模块7的通道二。一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作步骤，步骤如下:步骤1、控制模块6控制光源模块一 8发出的光脉冲信号经过与1X2光稱合器一9的通道一进入传感光纤11的包层二 3 ;同时控制模块6控制光探测器模块7探测传感光纤11的纤芯I内返回的光信号；步骤2、当传感光纤11上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤11的包层二 3内传输的部分光信号耦合进入纤芯I内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号通过1X2光耦合器一 9的通道二进入光探测器模块7，光探测器模块7将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块6 ；步骤3、控制模块6根据光探测器模块7传递的电信号的大小和与光源模块一 8发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤11变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测。优选的，所述的传感光纤11的纤芯I和包层二 3是掺杂有锗、硼元素的石英玻璃。优选的，所述的传感光纤11的包层一 2是掺杂有氟元素的石英玻璃。优选的，所述的传感光纤11的包层三4是高纯的石英玻璃。优选的，所述的传感光纤11的纤芯I的折射率较包层一 2的折射率高出0.3%。
优选的，所述的传感光纤11的包层二 3的折射率较包层一 2的折射率高出0.1 %，所述的包层二 3的折射率较包层三4的折射率高出0.3%。如图4所示，本实施例与实施例1不同的是:在所述的光探测器模块7和1X2光耦合器一 9之间还安置有I X 2光耦合器二 12，I X 2光耦合器二 12的2 口的一端与光探测器模块7连接，1X2光耦合器二 12的2 口的另一端与光源模块二 10连接，1X2光耦合器
二12的I 口端与I X 2光耦合器一 9的通道二的一端连接；控制模块6与光源模块二 10连接。一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作步骤，步骤如下:步骤1、控制模块6控制光源模块一 8和光源模块二 10同时发出的各自的光脉冲信号分别经过与1X2光耦合器一 9的通道一和通道二、并分别进入传感光纤11的包层二3和纤芯I ;同时控制模块6控制光探测器模块7探测传感光纤11的纤芯I内返回的光信号;步骤2、在传感光纤11上未出现变化时，光探测器模块I获取的是光源模块二 10发出的光信号在传感光纤11纤芯I产生的后向瑞利散射光信号，光探测器模块7将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块6 ；步骤3、控制模块6根据光探测器模块I传递的电信号判断传感光纤11是否出现断裂的异常；步骤4、当传感光纤11上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤11的包层二 3内传输的部分光信号耦合进入纤芯I内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号汇同光源模块二 10发出的光信号在传感光纤11的纤芯I内产生的后向瑞利散射光信号通过1X2光稱合器一 9的通道二和1X2光稱合器二 12进入光探测器模块7，光探测器模块7将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块6 ；步骤5、控制模块6根据光探测器模块7传递的电信号的大小和与光源模块一 8发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤11变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测。优选的，所述的光源模块一 8和光源模块二 10所发出的光信号的波长不同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于:包括控制模块(6)、光源模块一(8)和光探测器模块(7),所述的光源模块一(8)和光探测器模块(7)与1X2光率禹合器一(9)的2 口端连接，1X2光耦合器一(9)的I 口端与传感光纤(11)连接，控制模块(6)分别与光源模块一⑶和光探测器模块(7)连接；所述的传感光纤(11)是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯(I)、包层一(2)、包层二(3)和包层三(4)，所述的纤芯(I)的折射率大于包层一(2)的折射率,包层二(3)的折射率大于包层一(I)和包层三(4)的折射率，在包层三(4)外侧是保护层(5);所述的1X2光耦合器一(9)包含有两个互相不干扰的光信号传输通道，其中一个通道是导引所述的光源模块一(8)发出的光信号进入传感光纤(11)的包层二(3)内的通道一，另一个是导引传感光纤(11)的纤芯(I)内的反射光信号进入光探测器模块(7)的通道二。
2.根据权利要求1所述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置,其特征在于:在所述的光探测器模块(7)和1X2光耦合器一(9)之间还安置有1X2光耦合器二(12)，1X2光耦合器二(12)的2 口的一端与光探测器模块(7)连接，1X2光耦合器二(12)的2口的另一端与光源模块二(10)连接，1X2光耦合器二(12)的I 口端与1X2光耦合器一(9)的通道二的一端连接；控制模块(6)与光源模块二(10)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，其特征在于:所述的传感光纤的纤芯(I)和包层二(3)是掺杂有锗、硼元素的石英玻璃。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，其特征在于，所述的传感光纤的包层一(I)是掺杂有氟元素的石英玻璃。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，其特征在于，所述的传感光纤的包层三(4)是高纯的石英玻璃。
6.一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法,其特征在于包括以下步骤: 步骤1、控制模块(6)控制光源模块一(8)发出的光脉冲信号经过与1X2光f禹合器一(9)的通道一进入传感光纤(11)的包层二(3);同时控制模块(6)控制光探测器模块(7)探测传感光纤(11)的纤芯(I)内返回的光信号； 步骤2、当传感光纤(11)上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤(II)的包层二(3)内传输的部分光信号耦合进入纤芯(I)内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号通过1X2光耦合器一(9)的通道二进入光探测器模块(7)，光探测器模块(7)将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块(6)； 步骤3、控制模块(6)根据光探测器模块(7)传递的电信号的大小和与光源模块一(8)发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤(11)变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测。
7.一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1、控制模块(6)控制光源模块一⑶和光源模块二(10)同时发出的各自的光脉冲信号分别经过与1X2光耦合器一(9)的通道一和通道二、并分别进入传感光纤(11)的包层二(3)和纤芯(I);同时控制模块(6)控制光探测器模块(7)探测传感光纤(11)的纤芯(I)内返回的光信号；步骤2、在传感光纤(11)上未出现变化时，光探测器模块(7)获取的是光源模块二(10)发出的光信号在传感光纤(11)纤芯(I)产生的后向瑞利散射光信号，光探测器模块(7)将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块(6)； 步骤3、控制模块(6)根据光探测器模块(7)传递的电信号判断传感光纤(11)是否出现断裂的异常； 步骤4、当传感光纤(11)上的一处发生变化，如产生微弯、弯曲或变形时，传感光纤(11)的包层二(3)内传输的部分光信号耦合进入纤芯(I)内，并产生后向的瑞利散射光信号，该后向的瑞利散射光信号汇同光源模块二(10)发出的光信号在传感光纤(11)的纤芯I内产生的后向瑞利散射光信号通过1X2光f禹合器一(9)的通道二和1X2光f禹合器二(12)进入光探测器模块(7)，光探测器模块(7)将获取的光信号转化为电信号传递给控制模块(6)； 步骤5、控制模块(6)根据光探测器模块(7)传递的电信号的大小和与光源模块一(8)发出的光脉冲信号的时间间隔，计算出传感光纤(11)变化的大小和出光纤变化的位置，从而实现了分布式的监测 。
全文摘要
本发明公开了一种基于W型光纤的低成本分布式传感装置，包括控制模块、光源模块一和光探测器模块，控制模块分别与光源模块一和光探测器模块连接；传感光纤是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯、包层一、包层二和包层三，在包层三外侧是保护层；1×2光耦合器一包含有两个互相不干扰的光信号传输通道，其中一个通道是导引所述的光源模块一发出的光信号进入传感光纤的包层二内的通道一，另一个是导引传感光纤的纤芯内的反射光信号进入光探测器模块的通道二。该基于W型光纤的低成本分布式传感装置使用方便、成本低，且其工作方法容易实现，便于推广使用。
文档编号G01B11/16GK103162863SQ20111041319
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月11日 优先权日2011年12月11日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司