基于光纤的准分布式柔性光电传感系统技术方案

本发明专利技术关于基于光纤的准分布式柔性光电传感系统，涉及分布式光纤传感领域。该系统包括纤芯、包层、涂覆层、电光转换模块组以及解调系统；纤芯、包层以及涂覆层构成光纤结构；且电光转换模块的光输出端与纤芯的位置相对；纤芯中包括至少两组45度光纤光栅阵列；解调系统的信号接收端与纤芯的输出端位置相对。电光转换模块在接收到传感器参数后，转换出的光信号在通过对应的45度光纤光栅阵列后，通过纤芯进行传输，并发送至解调系统中，得到传感器示数。通过电光转换模块、45度光纤光栅阵列以及解调系统的组合，利用单根光纤实现了传感测量，解决现有分布式光纤传感系统多物理量探测时较差敏感、解调装置与算法复杂、易受干扰的问题。易受干扰的问题。易受干扰的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤的准分布式柔性光电传感系统


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感领域，特别涉及一种基于光纤的准分布式柔性光电传感系统。

技术介绍

[0002]光纤传感技术是以光纤作为传感单元的全光传感技术，相比于纯电学传感系统，具有体积小，灵敏度高，成本低，抗电磁干扰，耐高温高压，易于远距离感知和大规模组网等一系列独特的优势。其中，分布式光纤传感技术或者准分布式光纤传感技术可以在整个光纤长度上或者多个串联探测点上实现对环境参量的连续测量。
[0003]现阶段研究较多的分布式光纤传感技术可分为基于干涉原理的分布式光纤传感技术和基于后向散射原理的分布式光纤传感技术。基于干涉原理的分布式光纤传感技术的核心器件是干涉仪，主要包括Michelson光纤干涉仪、Mach
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Zehnder光纤干涉仪、Sagnac光纤干涉仪以及它们之间的组合，这类分布式光纤传感器具有高灵敏度的优点，但是存在易受干扰、检测范围短、定位算法复杂且面临应变与温度监测相互串扰等问题。基于后向散射原理的分布式光纤传感技术按照散射种类可分为瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。瑞利散射携带了光纤沿线的损耗信息，基于瑞利散射制成的OTDR、Φ
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OTDR等产品虽然定位准确，但是需要多次平均提高信号的信噪比，系统的测量频率和精度难以提高；拉曼散射携带了光纤各处的温度信息，适用于温度检测，但是在应变，气体分子检测领域鲜有应用，同时自发拉曼散射能量较低，传输距离受限；布里渊散射能够连续测量光纤沿线各点的温度和应变，但是自发布里渊散射同样能量较低，传输距离受限，因此需要在光纤两端同时注入泵浦光和探测光，设备要求较高，解调算法复杂。基于FBG的波长漂移是另外一种常见的分布式光纤传感技术，FBG的反射中心波长受外界参量如应变、温度等的调制，探测能力不受光源功率波动、光线弯曲损耗、探测器老化等因素的影响，但是面临着应变、温度传感的串扰问题，同时解调设备体积大、价格昂贵，并且不能直接应用于气体分子传感、环境湿度传感、气体流速传感等领域。一些新型的分布式光纤传感技术或者准分布式光纤传感技术也被提出，2019年Arnaldo G.Leal
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Junior在《Optics and Laser Technology》提出了基于强度变化的准分布式聚合物光纤传感器，其中光源从侧面耦合进入聚合物光纤，每个光源都与一个传感器连接，通过时分复用的方式进行传感感知，实现了准分布式的光纤传感，但是面临着灵敏度不高、装置复杂、传输距离受限等问题。
[0004]综上所述，现有基于干涉原理的分布式光纤传感技术和基于后向散射原理的分布式光纤传感技术在多物理量探测与解调，传输距离、检测精度、设备成本和操作难度等一个或多个方面存在一定的不足，同时对光源的稳定性要求较高，并且所探测的物理量主要为温度、应变和声波，无法直接应用于气体分子传感、环境湿度传感、气体流速传感等领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服已有技术中存在的不足，从而提供基于光纤的准分布式柔
性光电传感系统，在光纤的表面构建光转化结构，以解决现有分布式光纤传感系统多物理量探测时较差敏感、解调装置与算法复杂、易受干扰的问题。该系统包括：
[0006]系统包括纤芯、包层、涂覆层、电光转换模块组以及解调系统；
[0007]纤芯、包层以及涂覆层构成单模光纤结构；
[0008]电光转换模块组中包括至少一个电光转换模块，电光转换模块位于包层内部，且电光转换模块的光输出端与纤芯的位置相对，电光转换模块的电信号用于表征传感器读数；
[0009]纤芯中包括至少两组45度光纤光栅阵列，45度光纤光栅阵列的数量以及位置与电光转换模块的光输出端位置相对；
[0010]解调系统的信号接收端与纤芯的输出端位置相对。
[0011]在一个可选的实施例中，电光转换模块中包括电学传感器、P
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金属接触层、P
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分布式布拉格反射镜DBR、量子阱有源区、氧化层、N
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DBR、基底以及N
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金属接触层；
[0012]电学传感器、P
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金属接触层、P
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DBR、量子阱有源区、氧化层、N
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DBR以及基底依次分布；
[0013]基底与N
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金属接触层接触；
[0014]电学传感器与N
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金属接触层连接。
[0015]在一个可选的实施例中，电学传感器通过曲面打印的方式修饰至包层表面；
[0016]电学传感器、P
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金属接触层、P
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DBR、量子阱有源区、氧化层、N
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DBR、基底以及N
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金属接触层通过蒸镀方式修饰至包层。
[0017]在一个可选的实施例中，电光转换模块发出的激光波长，与对应的45度光纤光栅阵列的辐射中心波长匹配。
[0018]在一个可选的实施例中，45度光纤光栅阵列采用“载氢”增敏方式制备。
[0019]在一个可选的实施例中，电光转换模块与45度光纤光栅阵列对应串联。
[0020]在一个可选的实施例中，解调系统包括波长解调模块、强度探测模块以及信号处理模块；
[0021]波长解调模块与强度探测模块连接，强度探测模块与信号处理模块连接。
[0022]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0023]通过在单模光纤结构外侧设置电光转换模块，并在内部对应设置45度光纤光栅阵列的方式，使得电光转换模块在接收到传感器参数后，转换出的光信号在通过对应的45度光纤光栅阵列后，通过纤芯进行传输，并发送至解调系统中，得到传感器示数。通过电光转换模块、45度光纤光栅阵列以及解调系统的组合，利用单根传感光纤实现了准分布式的传感测量，解决现有分布式光纤传感系统多物理量探测时较差敏感、解调装置与算法复杂、易受干扰的问题。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种基于光纤的准分布式柔性光电传感系统的结构示意图。
[0026]图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种电光转换模块的结构示意图，
[0027]图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种DBR的原理示意图。
[0028]图4示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种DBR的原理示意图。
[0029]图5示出了本申请一个示例性实施例提供的一种解调系统的结构示意图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤的准分布式柔性光电传感系统，其特征在于，所述系统包括纤芯、包层、涂覆层、电光转换模块组以及解调系统；所述纤芯、所述包层以及所述涂覆层构成单模光纤结构；所述电光转换模块组中包括至少一个电光转换模块，所述电光转换模块位于所述包层内部，且所述电光转换模块的光输出端与所述纤芯的位置相对，所述电光转换模块的电信号用于表征传感器读数；所述纤芯中包括至少两组45度光纤光栅阵列，所述45度光纤光栅阵列的数量以及位置与所述电光转换模块的光输出端位置相对；所述解调系统的信号接收端与所述纤芯的输出端位置相对。2.根据权利要求1所述的基于光纤的准分布式柔性光电传感系统，其特征在于，所述电光转换模块中包括电学传感器、P
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金属接触层、P
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分布式布拉格反射镜DBR 、量子阱有源区、氧化层、N
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DBR、基底以及N
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金属接触层；所述电学传感器、所述P
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金属接触层、所述P
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DBR 、所述量子阱有源区、所述氧化层、所述N
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DBR以及所述基底依次分布；所述基底与所述N
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金属接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，许汪洋，李良晔，闫志君，
申请(专利权)人：华中科技大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：