基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，使用N个具有不同传感光纤的光电振荡环路对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。本发明专利技术还公开了一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感装置。本发明专利技术利用多个并行的光电振荡环路对同一环境中的多个待测参量同时进行测量，通过为这多个光电振荡环路配置不同的传感光纤，从而可得到多个不同的输出频率与待测参量之间的关系式，最后通过简单的解方程的方式即可实现多个待测参量的解耦，从而有效避免了多参量交叉影响的问题。影响的问题。影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法及装置


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于光电振荡环路的光纤传感方法。

技术介绍

[0002]近年来光纤传感作为一种新型的传感技术，利用在光纤中传输的光信号的振幅﹑相位、偏振态以及波长等对外界物理量比如温度、压力等参量敏感的特性，通过一系列解调技术手段得到外界信息量。光纤既作为传输媒介﹐又作为感知介质，具有体积小、重量轻、监测范围大、耐腐蚀、不受电磁干扰、成本低等独特优势，在桥梁、建筑、油气、电力等领域中受到广泛应用。
[0003]得益于光电振荡环路高精度的优势，基于光电振荡环路的传感系统近些年也备受国内外关注。2016年，Yiping Wang和Jiejun Zhang等人利用OEO实现了高灵敏度温度传感(An optoelectronic oscillator for high sensitivity temperature sensing)，用马赫
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曾德尔干涉仪(MZI)、色散补偿光纤和光电探测器实现了一个单通带微波光子滤波器，MZI的一个臂被用作测量温度变化的感测臂，而另一个用作参考臂，当温度改变时，两臂之间的长度差改变，滤波器的中心频率发生变化，导致OEO的振荡频率变化，从而得到传感臂的温度变化。但是这种传感方式只能同时监测一种环境变量，当存在多种变化量时，最终结果会耦合在一起，无法知道某一具体变量的信息。2017年，ZhiQiang Fan、Jun Su等人利用双OEO实现了长距离、高精度的温度不敏感的距离测量(High
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precision and long
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range distance measurement independent of temperature based on two optoelectronic oscillators)，其中一个OEO用作参考，而另一个OEO用作传感，两个OEO共用一段长光纤，周围环境(如温度)对两个环路的影响主要作用在长光纤上，导致两个环路的振荡频率的改变量基本相同，通过将两个OEO产生的振荡信号进行拍频消除环境对该结构的影响。这种方法解决了温度、应变交叉耦合的问题，但是会抵消一个待测参量，无法同时获取两个待测参量。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，可同时对同一环境下的多个不同参量进行准确测量。
[0005]一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，使用N个具有不同传感光纤的光电振荡环路对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。
[0006]优选地，所述N个光电振荡环路共用同一光源。
[0007]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0008]一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感装置，包括：
[0009]N个具有不同传感光纤光电振荡环路，用于对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；
[0010]数据处理单元，用于对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。
[0011]优选地，所述N个光电振荡环路共用同一光源。
[0012]相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0013]本专利技术利用多个并行的光电振荡环路对同一环境中的多个待测参量同时进行测量，通过为这多个光电振荡环路配置不同的传感光纤，从而可得到多个不同的输出频率与待测参量之间的关系式，最后通过简单的解方程的方式即可实现多个待测参量的解耦，从而有效避免了环境中多参量的交叉影响。
附图说明
[0014]图1为本专利技术多参量光纤传感装置一个具体实施例的结构原理框图。
具体实施方式
[0015]针对现有基于光电振荡环路的光纤传感系统无法同时测量多个待测参量的问题，本专利技术的解决思路是利用多个并行的光电振荡环路对同一环境中的多个待测参量同时进行测量，通过为这多个光电振荡环路配置不同的传感光纤，从而可得到多个不同的输出频率与待测参量之间的关系式，最后通过简单的解方程的方式即可实现多个待测参量的解耦，从而同时得到多个待测参量的准确测量值。
[0016]本专利技术所提出的基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，具体如下：
[0017]使用N个具有不同传感光纤的光电振荡环路对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。
[0018]本专利技术所提出的基于光电振荡环路的多参量光纤传感装置，包括：N个具有不同传感光纤光电振荡环路，用于对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；
[0019]数据处理单元，用于对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。
[0020]为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本专利技术的技术方案进行详细说明：
[0021]以最简单的双参量测量为例，例如要对温度和应变这两个参量同时进行测量，为此建立了如图1所示的多参量光纤传感装置，其包括光源、光耦合器、两个并行的光电振荡环路以及数据处理单元，每个光电振荡环路均包含由依次级联的电光调制器、光纤模块、光电探测器模块、电放大器模块、带通滤波器模块所构成的光电振荡环路，本实施例中两个光电振荡环路共用同一个光源；如图1所示，由激光器发出的光经过光耦合器，进入两个光电振荡环路，经电光调制器后进入环路振荡，光载波被光纤模块传输，再经光电转换后送入放大器放大，电放大器补偿了环路中的各种损耗，从而保证环路总增益大于总损耗。之后由带通滤波器选出指定的频率，一部分作为电信号输出，一部分反馈回电光调制器。其中，长光纤结构具有低损耗的传输特性，在光电振荡环路中充当储能元件，为环路提供延时，使系统
将连续光转化为优质的微波信号，同时在本专利技术中还作为传感单元，光纤的长度决定了起振模式之间的间隔，起振频率由滤波器的中心频率决定。环路输出电信号频率f
osc
与总的环路时延间的关系是f
osc
＝k/τ，其中k是OEO高阶模式的一个整数，τ是环路的总的群延迟，包括物理长度延迟和由色散分量产生的群延迟。
[0022]而传输过程中，光纤易受环境应力和温度的影响，造成传输过程中时延的变动。将其作为传感单元，根据上述电信号的输出频率偏移量与环路时延偏移量之间的关系：
[0023][0024]我们可以假设K1为光纤模块1的时延
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温度系数，K2为光纤模块2的时延
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温度系数,J本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，其特征在于，使用N个具有不同传感光纤的光电振荡环路对同一环境中的N个待测参量同时进行传感测量，分别得到所述N个光电振荡环路各自的输出频率与N个待测参量之间的关系式，N为大于等于2的整数；对所述N个关系式进行联立求解，得到所述N个待测参量。2.如权利要求1所述基于光电振荡环路的多参量光纤传感方法，其特征在于，所述N个光电振荡环路共用同一光源。3.一种基于光电振...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥传，章志健，潘时龙，蒲一凡，刘熙，倪博阳，张亚梅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：