本发明专利技术涉及一种分布式压力传感系统，包括有可调谐激光器、波分/时分信号解调仪、计算机、保偏传输光纤、45°起偏器、检偏器和保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器与高双折射光纤光栅阵列相连接，所述的高双折射光纤光栅阵列由高双折射光纤上刻入布喇格光栅构成，其特征在于所述的高双折射光纤包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔。本发明专利技术通过双布喇格反射峰偏振分离测量，实现对外界压力、弯曲和扭转的测量，波长扫描精度高于4pm，测量的空间分辨率达到1m，信号采集空间范围达10km。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分布式压力传感系统，属于光电传感
技术背景 分布式压力传感系统通常由可调谐激光器、波分/时分信号解调仪、计算机、保偏 传输光纤、45°起偏器、检偏器、保偏光纤親合器和高双折射光纤光栅阵列组成。高双折射光 纤是一种单模保偏光纤，其主要性能是产生较高的双折射效应来消除外界干扰对入射光偏 振态的影响。这种光纤广泛应用于光纤器件、光纤传感等领域。根据高双折射光纤的双折射 特性，在光纤中写入布喇格光栅后，光栅反射峰能反应外界多个参量(如温度、应力/应变、 扭转)的变化，说明高双折射光纤适合于多参量的测量。但是普通高双折射光纤对外界压力 (环境静压)不具备敏感特性。因此，现有的分布式压力传感系统对外界压力的敏感性有待 进一步的提尚。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种对外界 压力、弯曲和扭转具有较高敏感特性的分布式压力传感系统。 本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为： 包括有可调谐激光器、波分/时分信号解调仪、计算机、保偏传输光纤、45°起偏器、 检偏器和保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器与高双折射光纤光栅阵列相连接，所述的高双 折射光纤光栅阵列由高双折射光纤上刻入布喇格光栅构成，其特征在于所述的高双折射光 纤包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，在纤 芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔。 按上述方案，所述的纤芯直径2r为3.5μπι~9μπι，纤芯相对折射率差(相对于包层的 折射率）Δ rS〇. 3 %~0.7 % ;所述的包层直径D为80μπι~400μπι，包层为纯二氧化硅玻璃层。 按上述方案，所述光纤的数值孔径ΝΑ为0.12~0.18,模场直径为4.6μπι~ΙΟμπι。 按上述方案，所述的气孔径向截面为圆形或椭圆形，圆形气孔的直径为0.15D~ 〇. 4D，椭圆气孔短轴与长轴之比ax/hSO. 4~1.0，所述气孔内边距光纤中心距cU为3μπι~ 0.25D〇 按上述方案，所述的纤芯径向截面为圆形或椭圆形，椭圆形纤芯的短轴与长轴之 比a/b为0.5~1.0。 按上述方案，所述的应力区直径0.05D~0.32D，应力区内边距光纤中心距d2等于3 μπι~0 · 2D，应力区相对折射率差Δ 3为-〇 · 1 %~-〇 · 7 %。按上述方案，所述光纤双折射系数Β值等于或大于IX 10-4,较佳的等于或大于5Χ 10-4〇 按上述方案，所述的光纤上刻有间距相等或不等的布喇格光栅，形成光栅阵列。 按上述方案，所述的波分/时分信号解调仪控制可调谐激光器对光发射波长进行 扫描;输出光经过45°起偏器，通过第一保偏光纤耦合器将光信号传输至高双折射光纤光栅 阵列；阵列反射信号通过第一保偏光纤耦合器、第二保偏光纤耦合器，经过检偏器，将两路 偏振信号输入波分/时分信号解调仪;解调仪通过时域读取信号，整合每个光栅的双反射峰 信号输出到计算机。 按上述方案，所述光纤的工作波长为850nm或1310nm或1550nm。 本专利技术的特点在于:所述光纤具有较高双折射，在写入光栅之后，将在双偏振轴发 生光栅内的模式耦合，产生双峰反射(如图3所示）。 该反射谱线是由偏振态相互正交的两个子偏振态各自耦合，得到的反射谱线λχχ和 Ayy组成。由于双折射的存在，使得两个光栅的峰值反射波长不再相同，其差值可表示为： λχχ-λγγ = 2 A (nx-ny) = 2B A 由此可见，两峰值反射波长的间距直接取决于光纤双折射的大小，因而通过检测 双折射光纤光栅的双峰间距就可直接测量光纤的双折射。 由于本专利技术光纤结构中有双气孔的存在，使其具有一定的环境均匀压力敏感特 性，光栅受到外界环境均匀压力后，会发生双偏振模式的布拉格反射峰峰距增大的现象。以 下是某个此类结构光纤压力敏感测试，P为外界均匀压力，Αλ为双峰间距，B为双折射系数：上表数据线性拟合，如图4所示:线性度为0.9984，压力灵敏度系数7.86pm/MPa。显 示出光纤的压力敏感特性。 本专利技术的有益效果在于：1、通过在保偏光纤中设置对应的气孔构成气孔与应力区 相结合的保偏光纤结构，使得光纤既具备单模传输和一般高双折射光纤特性，又具备较高 的双折射特性和较强的外界压力敏感特性;2、将保偏光纤设置在分布式压力传感系统，采 用时分/波分复用技术进行信号解调。双折射光纤光栅阵列的光栅反射峰具有双布喇格反 射峰，双布喇格反射峰间距对外界压力、弯曲和扭转具有敏感特性。受外界压力、弯曲和扭 转影响，双布喇格反射峰间距会发生改变。通过双布喇格反射峰偏振分离测量，实现对外界 压力、弯曲和扭转的测量;3、分布式压力传感系统可在850nm、1310nm或1550nm三个波段中 选择其一，波长扫描精度高于4pm，测量的空间分辨率达到lm，信号采集空间范围达10km。【附图说明】 图1是本专利技术一个光纤实施例的剖面结构示意图。光纤直径即石英玻璃包层2直径 为D，空气孔4内边距光纤纤芯1中心距离为cU，应力区3内边距光纤中心距离为d 2。 图2为本专利技术分布式压力传感系统示意图。 图3为写入光栅之后，在双偏振轴都发生光栅内的模式親合产生的双峰反射。 图4为双空气孔双应力光纤在写入光栅后，光栅双偏振轴反射峰间距，受到外界压 力影响的线性响应。【具体实施方式】 以下结合附图进一步说明本专利技术的实施例。 分布式压力传感系统如图2所示，该系统包括可调谐激光器、波分/时分信号解调 仪、输出计算机、保偏传输光纤当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分布式压力传感系统，包括有可调谐激光器、波分/时分信号解调仪、计算机、保偏传输光纤、45°起偏器、检偏器和保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器与高双折射光纤光栅阵列相连接，所述的高双折射光纤光栅阵列由高双折射光纤上刻入布喇格光栅构成，其特征在于所述的高双折射光纤包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，在纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余海湖，郑羽，曹蓓蓓，郭会勇，李小甫，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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