一种3d矩阵式多通道光纤传感解调系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，包括产生入射光的波长扫描光源，还包括通过光纤环形器与所述波长扫描光源连接的光学频域反射器和平衡探测器，所述光学频域反射器包括第一光路和第二光路，其中一条或两条光路上设有移频器，光学频域反射器输出入射光至光开关模块，所述光开关模块不仅可选择地将入射光传输到传感器网络，同时又将来自传感器网络的反射光传输到光学频域反射器。本实用新型使用现有光学器件，利用FFT变换来分辨传感器的位置，达到复用分布式传感器网络的功能。本实用新型不仅结构简单成本低，而且可通过增加移频器数量提高空间分辨率。同时本实用新型中相邻传感器的间距能够做到毫米级别，特别适用于微尺度准分布传感系统。
【专利说明】一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，属于光纤传感器领域。
【背景技术】
[0002]光纤传感器由于其不受电磁干扰、高可靠性和安全性，在多信道长距离传感系统中正日益受到欢迎。光纤布拉格光栅是一种安装在光纤中的分布式布拉格反射器，它反射特定波长的光而让其他波长的光通过。这种功能依靠在光纤中使折射率发生一种周期性的变化。温度或应力的变化会改变布拉格光栅的周期或折射率，进而导致光纤布拉格光栅所反射的波的波长也发生改变。
[0003]光纤布拉格光栅(FBG)有其固有的优点，例如测量波长变化比较准确。大量的光纤布拉格光栅传感器可以组成一个3D矩阵式多通道传感系统。在该传感系统中，传感器的数量可以根据测量的距离和光学开关的信道数改变。
[0004]现有的应用于上述复杂传感系统的探询技术包括波分复用、时分复用和频分复用技术(WDM、TDM、FDM)，或者这三种的结合。通过在一条光纤传输多个载有对应于不同光学传感器信道的不同波长光信号，波分复用技术能够大幅提高处理能力，并且降低探询成本。时分复用技术使用一个调制过的脉冲实现对多个光学传感器的探询，同时经过调整群延迟提高探询能力。与时分复用类似，频分复用技术通过频率调制和解调来提高探询能力。
[0005]虽然上述现有的探询技术已经比较完善，但它们的限制也很明显。波分复用技术要求所有传感器的频率不能重叠。而时分复用和频分复用技术都需要高速脉冲调制器和频率调制器，以及复杂的宽带测量系统。

【发明内容】

[0006]发明目的:本发明提出一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其对于准分布式传感器网络的测量更加快速高效。
[0007]技术方案:本发明采用的技术方案为一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，包括产生入射光的波长扫描光源，还包括通过光纤环形器与所述波长扫描光源连接的光学频域反射器和平衡探测器，所述光学频域反射器包括第一光路和第二光路，其中一条或两条光路上设有移频器，光学频域反射器输出入射光至光开关模块，所述光开关模块不仅可选择地将入射光传输到传感器网络，同时又将来自传感器网络的反射光传输到光学频域反射器。反射光经过光学频域反射器后所产生的干涉信号由平衡探测器检出。
[0008]作为本发明的一种改进，所述光学频域反射器包括第一 3dB耦合器和第二 3dB耦合器，所述第一光路和第二光路的入口均连接到第一 3dB耦合器，出口均连接到第二 3dB耦合器。
[0009]作为本发明的一种改进，其中一条光路上串联至少一个移频器，另一条光路上设置偏振控制器。
[0010]作为本发明的一种改进，其中一条光路上串联有偏振控制器和至少一个移频器，另一条光路上串联至少一个移频器。
[0011]作为本发明的一种改进，所述两条光路上的移频器对频率的改变方向相反。
[0012]作为本发明的另一种改进，所述光开关模块由两个并联的光开关，其中一个光开关输入端串接有光纤。或者所述光开关模块由单个光开关组成。
[0013]作为本发明的另一种改进，所述传感器网络由多条平行的传感器线缆组成，每条传感器线缆上串联多个FBG传感器，例如三个相同FBG传感器。每条传感器线缆也可以串联多个传感器组，每个传感器组由串联的多个FBG传感器组成。所述相邻传感器组的间距大于空间分辨率。
[0014]作为本发明的另一种改进，所述波长扫描光源为可调连续波长激光源或者傅里叶域锁模激光器。
[0015]作为本发明的更进一步改进，所述平衡探测器处理后所得到的信号如下式:
【权利要求】
1.一种3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，包括产生入射光的波长扫描光源，其特征在于，还包括通过光纤环形器与所述波长扫描光源连接的光学频域反射器和平衡探测器，所述光学频域反射器包括第一光路和第二光路，其中一条或两条光路上设有移频器，光学频域反射器输出入射光至光开关模块，所述光开关模块不仅可选择地将入射光传输到传感器网络，同时又将来自传感器网络的反射光传输到光学频域反射器，反射光经过光学频域反射器后所产生的干涉信号由平衡探测器检出。
2.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述光学频域反射器包括第一 3dB耦合器和第二 3dB耦合器，所述第一光路和第二光路的入口均连接到第一 3dB耦合器，出口均连接到第二 3dB耦合器。
3.根据权利要求2所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，其中一条光路上串联至少一个移频器，另一条光路上设置偏振控制器。
4.根据权利要求2所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，其中一条光路上串联有偏振控制器和至少一个移频器，另一条光路上串联至少一个移频器。
5.根据权利要求4所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述两条光路上的移频器对频率的改变方向相反。
6.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述光开关模块由两个并联的光开关组成。
7.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述光开关模块为单个光开关。
8.根据权利要求6所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，其中一个光开关输入端串接有光纤。
9.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述传感器网络由多条平行的传感器线缆组成，每条传感器线缆上串联多个FBG传感器。
10.根据权利要求9所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，每条传感器线缆上串联三个相同的FBG传感器。
11.根据权利要求9所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，每条传感器线缆串联多个传感器组，每个传感器组由串联的多个FBG传感器组成。
12.根据权利要求11所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述相邻传感器组的间距大于空间分辨率。
13.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述波长扫描光源为可调连续波长激光源。
14.根据权利要求1所述的3D矩阵式多通道光纤传感解调系统，其特征在于，所述波长扫描光源为傅里叶域锁模激光器。
【文档编号】G01D5/353GK203772289SQ201420016854
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】刘宇, 江晋民 申请人:江苏昂德光电科技有限公司