基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法，属于光纤传感技术领域，包括：宽谱连续光源，其输出的信号具有随机性；传感模块，包括N(N≥2)个级联的光纤环形衰荡腔，且相邻两光纤环形衰荡腔之间连接有时延单元，每个光纤环形衰荡腔分别用于实现一个待测参量的传感，传感模块的输入端与宽谱连续光源相连；探测模块，用于探测传感模块中各光纤环形衰荡腔输出的光信号，并转换电信号，得到时序信号；以及解调模块，用于对时序信号做自相关运算，进行相关解调，分离出各光线衰荡环对应的相关函数曲线，并计算对应的衰荡时间，以完成对各待测参量的检测。本发明专利技术所提供的FLRD传感器，灵敏度高、响应速度快、成本低且具有可复用性。且具有可复用性。且具有可复用性。

【技术实现步骤摘要】
基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法


[0001]本专利技术属于光纤传感
，更具体地，涉及基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法。

技术介绍

[0002]腔衰荡(Cavity Ring Down，CRD)技术是一种吸收光谱检测技术，该技术首次被提出是用两面高反镜组成一个腔，使光源发出的光在腔内不断循环，从而实现多次吸收，使得探测的灵敏度得到提升。FLRD技术就是由CRD技术发展而来的。它是由两个光纤耦合器连接形成一个环腔，光信号可以在环腔内循环传输，实现光信号的多次叠加，使系统的光程得到有效的放大，基于此原理制造了大量FLRD传感器。
[0003]传统的脉冲型FLRD传感器是测量脉冲信号强度的衰减时间来进行探测，但是此类传感器为了避免脉冲信号的重叠，输入环路的脉冲光的脉宽需要小于光在环腔中循环一次的时间。因此，系统需要超窄的脉冲信号以及高速的调制模块，或者需要长至百米的光纤环腔。前者需要高成本，后者会降低响应速度。综上，脉冲型FLRD系统不能实现探测灵敏度和响应速度的同时提升，这种局限性导致了新型解调方案的FLRD系统的出现。目前为止已提出了多种新颖的FLRD传感器结构设计，具有各自的结构特点和性能应用。如频移干涉腔衰荡(FSI
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FLRD)系统利用傅里叶变换，在空间域对信号进行测量，相位漂移腔衰荡(PS
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FLRD)系统对输入输出光的相位解调对信号进行探测。近年来，宽谱光源也被运用到了新型的FLRD系统中，通过检测宽谱光在环腔中的相关性的衰荡时间从而实现传感。与传统的FLRD相比，宽谱光FLRD系统避免了对信号的调制，不需要在信号脉宽和环长之间权衡，并且系统结构简单、成本低，显著提升了系统灵敏度和响应速度。除了这些特点，FLRD系统还具有复用能力，被广泛用于压力检测、辐射测量、气体浓度、折射率等参量的传感中，适用于传感网络的开发。
[0004]但是，目前已有的FLRD系统，如频移干涉、微波解调、相位漂移等，没有将FLRD的简单、低成本等优点最大化。因此需要找到一种解调方案，使得系统在简单、低成本的情况下，同时使得系统灵敏度和响应速度得到提升。且大多数FLRD传感器在应用方面不突出，且实用性不强，不能够满足复用的需求，在多参量测量中存在困难。因此，迫切需要设计一款具有灵敏度高，成本低，简单快捷，满足灵活性、可复用性的FLRD传感器。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法，其目的在于，提供一种灵敏度高、响应速度快、成本低且具有可复用性的FLRD传感器。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，包括：宽谱连续光源、传感模块、探测模块和解调模块；
[0007]传感模块，包括N个级联的光纤环形衰荡腔FLRD1～FLRD
N
，且相邻两光纤环形衰荡
腔之间连接有用于引入时延的时延单元，每个光纤环形衰荡腔分别用于实现一个待测参量的传感；传感模块的输入端与宽谱连续光源相连；N≥2；
[0008]探测模块，其输入端与传感模块的输出端相连，用于探测传感模块中各光纤环形衰荡腔输出的光信号，并转换电信号，得到时序信号；
[0009]解调模块，其输入端与探测模块的输出端相连，用于对时序信号做自相关运算，进行相关解调，分离出各光线衰荡环一一对应的相关函数曲线，并计算对应的衰荡时间，以完成对各光纤环形衰荡腔处的待测参量的检测；
[0010]其中，宽谱连续光源输出的信号具有随机性。
[0011]本专利技术利用多个光纤环形衰荡腔级联构成同时探测不同参量的传感模块，并采用宽谱连续光源产生光信号，输入至该传感模块，在传感模块输出端探测的光信号，为光信号依次经过各光纤环形衰荡腔后叠加而成的信号，由于宽谱光源输出的光信号具有随机性，相干性低，信号相关性好，且传感模块中相邻光纤环形衰荡腔之间设置有时延，因此，解调模块通过对传感模块输出的光信号转换而成的电信号进行自相关运算，即可提取出与各光纤环形衰荡腔一一对应的相关函数曲线，又由于随机信号的相关函数可以反映离散序列的时延和信号强度，本专利技术在获取到这些信号后，即可实现对多个待测参量的检测。本专利技术所提供的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，使用宽谱连续光源，无需对光源进行调制，也不需要高速率采集模块，使得系统结构简单，成本低，实用性更强，此外，相比于传统的脉冲型FLRD传感器，本专利技术不存在环长与光信号脉冲之间的相互制约关系，系统可以使用长度较短的光纤环腔，灵敏度高且体积小，便于集成化；本专利技术采用相关解调的方式进行信号解调，不依依赖于较大的信号强度，可以在不使用EDFA等昂贵器件的情况下，使用多个级联的光纤环形衰荡腔同时实现多个待测参量的检测，具有成本低、复用性的特点。
[0012]在一些可选的实施例中，宽谱连续光源为ASE光源。
[0013]本专利技术提供的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，主要通过检测光源自相关性的衰荡时间来实现传感，光源本身自相关性的优劣会直接影响系统的传感性能，光源输出信号的随机性越高，对应的自相关函数值就越大，光源相关性越好；ASE(放大自发辐射)光源基于自发辐射，输出光的随机性高，相干性低，相关性好，其发出的光在不同时段的信号做互相关运算后，得到类冲击函数曲线，所以每个传感模块输出信号的自相关曲线是由多个冲击函数叠加而成的的；本专利技术采用ASE光源可以保证系统能够有效的进行相关解调。
[0014]在一些可选的实施例中，宽谱连续为SLD光源、LED光源或白炽灯光源。
[0015]进一步地，相邻两光纤环形衰荡腔之间的延时大于光在前一个光纤环形衰荡腔中循环一圈的时间。
[0016]本专利技术设置相邻两光纤环形衰荡腔之间的延时大于光在前一个光纤环形衰荡腔中循环一圈的时间，可以有效保证解调得到的相关函数曲线互不重叠，从而避免不同参量之间的传感信号相互干扰，实现对不同参量的准确检测。
[0017]进一步地，延时单元为光纤延时线。
[0018]进一步地，光纤环形衰荡腔包括第一耦合器、第二耦合器和传感单元；
[0019]第一耦合器一侧的两端分别是低耦合比端a1和高耦合比端b1，第一耦合器另一侧的两端分别是低耦合比端c1和高耦合比端d1；第二耦合器一侧的两端分别是低耦合比端a2和高耦合比端b2，第二耦合器另一侧的两端分别是低耦合比端c2和高耦合比端d2；
[0020]同一光纤环形衰荡腔内，高耦合比端b1和高耦合比端d2相连接，高耦合比端d1和高耦合比端b2分别与传感单元的两端相连接，形成光纤环；
[0021]光纤环形衰荡腔FLRD1的低耦合比端a1作为传感模块的输入端，与宽谱连续光源相连接；光纤环形衰荡腔FLRD1的低耦合比c1作为传感模块的输出端，与探测模块相连接；
[0022]光纤环形衰荡腔FLRD1～FLRD
N
‑1中，各本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，包括：宽谱连续光源、传感模块、探测模块和解调模块；所述传感模块，包括N个级联的光纤环形衰荡腔FLRD1～FLRD
N
，且相邻两光纤环形衰荡腔之间连接有用于引入时延的时延单元，每个光纤环形衰荡腔分别用于实现一个待测参量的传感；所述传感模块的输入端与所述宽谱连续光源相连；N≥2；所述探测模块，其输入端与所述传感模块的输出端相连，用于探测所述传感模块中各光纤环形衰荡腔输出的光信号，并转换电信号，得到时序信号；所述解调模块，其输入端与所述探测模块的输出端相连，用于对所述时序信号做自相关运算，进行相关解调，分离出各光线衰荡环一一对应的相关函数曲线，并计算对应的衰荡时间，以完成对各光纤环形衰荡腔处的待测参量的检测；其中，所述宽谱连续光源输出的信号具有随机性。2.如权利要求1所述的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，所述宽谱连续光源为ASE光源。3.如权利要求1所述的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，所述宽谱连续为SLD光源、LED光源或白炽灯光源。4.如权利要求1～3任一项所述的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，相邻两光纤环形衰荡腔之间的延时大于光在前一个光纤环形衰荡腔中循环一圈的时间。5.如权利要求4所述的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，所述延时单元为光纤延时线。6.如权利要求1～3任一项所述的基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，其特征在于，所述光纤环形衰荡腔包括第一耦合器、第二耦合器和传感单元；所述第一耦合器一侧的两端分别是低耦合比端...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏历，郑冬巧，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：