專利名稱：基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種基于長周期光纖光柵(Long PeriodFiber Grating, LPFG)的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
自從第一只光纖光柵被制造出來以后，人們對它的特性的研究不斷深入，不僅使光纖光柵在通信領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，而且也促進(jìn)了光纖傳感技術(shù)的迅速發(fā)展。光纖光柵具有體積小、成本廉價(jià)、波長選擇性高、插入損耗低、偏振不敏感、抗電磁干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此基于光纖光柵的傳感技術(shù)發(fā)展的越來越快，它的應(yīng)用也越來越廣泛。比如在一些存在電磁干擾、腐蝕性強(qiáng)，或其他惡劣的化學(xué)條件下，傳統(tǒng)的傳感方法就無法勝任，而光纖光柵與這些傳統(tǒng)的傳感器件相比，具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢:它的信號測量不受光源起伏、光纖彎曲損耗和探測器老化等因素的影響；另外，光纖光柵能夠避免一般干涉型傳感器中相位測量的不清晰和對固有參考點(diǎn)的需要，因此基于光纖光柵的傳感技術(shù)在傳感領(lǐng)域中占據(jù)了很重要的地位。隨著光纖光柵的發(fā)展和制作技術(shù)的日漸成熟，光纖光柵產(chǎn)品不斷推陳出新，被測對象也越來越廣泛。比如布拉格光纖光柵和長周期光纖光柵可以用來實(shí)現(xiàn)對溫度、應(yīng)力和折射率等的傳感，其中長周期光纖光柵具有較長的周期，一般為100 μ m量級，其模式耦合是同向傳輸?shù)睦w芯基模與包層模之間的耦合，比較容易受到外界環(huán)境折射率的影響，并有著比較靈敏的變化，所以它更適合作為折射率敏感傳感器或作為溶液濃度的測量器。雖然長周期光纖光柵的靈敏度比較高，但是對于檢測諧振波長位移為手段的解調(diào)系統(tǒng)來說，長周期光纖光柵具有多個(gè)諧振峰值和比較大的帶寬，所以限制了其多路復(fù)用的能力。光時(shí)域反射儀簡稱OTDR(Optical time-domain reflectometer, OTDR),通常被用來測量長距離光纜的長度，還被廣泛用于光纜線路的維護(hù)、施工、故障檢測、工程校驗(yàn)等，是一種利用光纖線路中光波的瑞利散射和菲涅爾散射所產(chǎn)生的背向散射信號來對光纖線路檢測的精密光電儀表。目前基于長周期光纖光柵的傳感器大多是基于光譜儀檢測諧振波谷的移動(dòng)相對量來實(shí)現(xiàn)對被測量的傳感，并且其諧振波帶寬比較寬，測量范圍也比較小，因此昂貴的檢測成本和無法實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用等缺陷限制了此類傳感器的應(yīng)用。針對上述問題，我們提出了一種基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵傳感器測量距離短、范圍小、無法實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用和費(fèi)用高等問題，提供了一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離及實(shí)時(shí)檢測的基于長周期光纖光柵的化學(xué)傳感器。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器包括光時(shí)域反射儀、多根長周期光纖光柵傳感頭、一根長距離傳輸光纖。光時(shí)域反射儀的輸出端與長距離傳輸光纖的一端光連接，在長距離傳輸光纖上不同傳感點(diǎn)處分別熔接一根長周期光纖光柵傳感頭。所述的光時(shí)域反射儀輸出光脈沖的波長位于所有長周期光纖光柵傳感頭透射譜的線性區(qū)域內(nèi)。所述的傳感器是基于長周期光纖光柵傳感頭周圍化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，引起長周期光纖光柵傳感頭的諧振波長發(fā)生移動(dòng)，使得在特定波長處的光損耗發(fā)生變化，當(dāng)從光時(shí)域反射儀輸出的光脈沖波長位于長周期光纖光柵傳感頭透射光譜的線性區(qū)域時(shí)，長周期光纖光柵傳感頭透射譜的移動(dòng)將導(dǎo)致透過的光脈沖強(qiáng)度發(fā)生變化，傳輸光纖上所有傳感點(diǎn)處的強(qiáng)度變化情況在光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)-距離曲線上同時(shí)顯示。本發(fā)明所具有的有益效果為:1、本發(fā)明以長周期光纖光柵為傳感元，可以大大提高對被測化學(xué)環(huán)境的敏感度。2、本發(fā)·明利用光時(shí)域反射儀輸出特定波長的光脈沖在經(jīng)過長周期光纖光柵傳感頭時(shí)，由于長周期光纖光柵傳感頭的透射譜隨化學(xué)環(huán)境的變化而發(fā)生移動(dòng)，透過的光脈沖受到長周期光纖光柵傳感頭調(diào)制后光強(qiáng)的衰減量與化學(xué)環(huán)境的變化一一對應(yīng)，利用OTDR的光電探測與解調(diào)系統(tǒng)對光纖鏈路進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感位置距離可分辨的檢測，從而克服了長周期光纖光柵無法實(shí)現(xiàn)復(fù)用的缺陷。3、本發(fā)明利用強(qiáng)度解調(diào)的方法實(shí)現(xiàn)信號解調(diào)，避免了昂貴的光譜儀等光譜檢測設(shè)備的使用，大大降低了傳感檢測成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明光波強(qiáng)度檢測原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器，包括光時(shí)域反射儀1、長距離傳輸光纖2和多個(gè)長周期光纖光柵傳感頭3，其特征在于:光時(shí)域反射儀I的輸出端與長距離傳輸光纖2的一端光連接,在長距離傳輸光纖2上不同傳感點(diǎn)處分別熔接一根長周期光纖光柵傳感頭3，長周期光纖光柵傳感頭3置于待檢測的化學(xué)環(huán)境4中。其中，光時(shí)域反射儀輸出光脈沖的波長位于所有長周期光纖光柵傳感頭透射譜的線性區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明裝置的工作方式為:光時(shí)域反射儀按設(shè)定值發(fā)出特定波長和特定頻率的光脈沖，耦合進(jìn)入傳輸光纖，光脈沖在傳播過程中會(huì)在每一個(gè)位置都會(huì)產(chǎn)生后向散射信號，光脈沖及其后向散射信號在被測區(qū)域內(nèi)傳輸經(jīng)過分布在傳輸光纖上的多個(gè)長周期光纖光柵傳感頭時(shí)會(huì)受到強(qiáng)度調(diào)制，由于長周期光纖光柵的模式耦合作用，透射譜中會(huì)產(chǎn)生諧振波長，諧振波長的大小為:
入=A neff A
其中
權(quán)利要求
1.一種基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器，包括光時(shí)域反射儀1、長距離傳輸光纖2和多個(gè)長周期光纖光柵傳感頭3 ;其特征在于:光時(shí)域反射儀的輸出端與長距離傳輸光纖的一端光連接，在長距離傳輸光纖上不同傳感點(diǎn)處分別熔接一根長周期光纖光柵傳感頭；所述的光時(shí)域反射儀輸出光脈沖的波長位于所有長周期光纖光柵傳感頭透射譜的線性區(qū)域內(nèi)； 所述的傳感器是基于長周期光纖光柵傳感頭周圍化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，引起長周期光纖光柵傳感頭的諧振波長發(fā)生移動(dòng)，使得在特定波長處的光損耗發(fā)生變化，當(dāng)從光時(shí)域反射儀輸出的光脈沖波長位于長周期光纖光柵傳感頭透射光譜的線性區(qū)域時(shí)，長周期光纖光柵傳感頭透射譜的移動(dòng)將導(dǎo)致透過的光脈沖強(qiáng)度發(fā)生變化，傳輸光纖上所有傳感點(diǎn)處的強(qiáng)度變化情況在光時(shí)域反射儀的光強(qiáng)-距離曲線上同時(shí)顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于長周期光纖光柵的遠(yuǎn)距離多點(diǎn)檢測用化學(xué)傳感器。將光時(shí)域反射儀激光輸出端與長距離傳輸光纖的一端光連接，在傳輸光纖不同傳感點(diǎn)處分布熔接一根長周期光纖光柵傳感器，長周期光纖光柵傳感頭周圍化學(xué)環(huán)境的不同會(huì)導(dǎo)致透射譜發(fā)生漂移，且漂移變化量與外界化學(xué)環(huán)境具有一一對應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)具有特定波長的光脈沖在光纖鏈路中經(jīng)過長周期光纖光柵傳感頭時(shí)，透射光強(qiáng)會(huì)受到調(diào)制，通過光時(shí)域反射儀對光纖鏈路中背向散射信號的解調(diào)，可以獲得每個(gè)傳感點(diǎn)處的光強(qiáng)變化信息，從而實(shí)現(xiàn)了距離遠(yuǎn)、傳感距離可分辨的多點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測的化學(xué)傳感。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵傳感器測量距離短、范圍小、無法實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用和費(fèi)用高等問題，提供了一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離及實(shí)時(shí)檢測的基于長周期光纖光柵的化學(xué)傳感器。
文檔編號G01N21/27GK103175793SQ20131011544
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者趙春柳, 袁劍英, 王劍鋒, 康娟, 金永興 申請人:中國計(jì)量學(xué)院