CN102519501B - 一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统 - Google Patents
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Abstract
一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，涉及光纤传感系统。设有光源、环形器、光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器；或设有光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器。是一种防区数量易于拓展、扰动信号频率不受限制、各防区子系统间基本无相互干扰的多防区光纤周界传感系统。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感系统，尤其是涉及一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统。
背景技术
基于Sagnac光纤干涉仪的传感定位系统最早由国外Paul R.Hoffman & Mark G.Kuzyk报道，杭利军等([1]杭利军，何存富，吴斌。基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏检测和定位技术[J]。光学技术。2007，33(5)：651-653)也报道了“基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏检测和定位技术”，其中传感光纤构成Sagnac环，长度可达几到几十公里，沿着围栏或管道铺设，可以构成大范围、长距离的分布式监测系统。这种结构为了能获得有效的干涉信号，在Sagnac光纤环中只有一半能用作传感元件，另一半需要屏蔽、隔离，这一点限制了该方案在实际监测系统中的应用。
针对Sagnac环路光纤只能一半用作传感的问题，谭靖等([2]谭靖，陈伟民，朱永等.单轴分布式光纤传感器管线泄漏探测方法及定位理论分析[J].光子学报.2006，35(2)：228-231)提出了一种单轴分布式的光纤干涉定位系统，采用一条光纤和一个反射装置取代光纤环，构成单轴结构，避免了需要屏蔽光纤带来的困难。利用扰动点在传感轴上位置不同、干涉信号频谱缺损位置不同的特点实现定位功能。该方案的缺点是：对于多点扰动，无法实现定位。
针对传感系统对防区中多点扰动无法检测的问题，吴媛等人([3]吴媛，卞庞，肖倩.基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法[J].光子学报.2011，40(7)：967-971)设计了一种具有多个光纤环路、基于相位载波复用的多防区光纤周界传感系统，其周界的不同区域各铺设一根传感光纤，每根传感光纤对应一个干涉子系统。在每根传感光纤上串接以不同频率调制的压电陶瓷(PZT)相位调制器，采用相位载波复用的方式实现干涉系统的复用。该系统在使用时，每根传感光纤上的PZT相位调制器施加频率间隔固定的载波，使不同子系统工作在各自的中心频率上。该方案的缺点是使用时必须限制被测的扰动信号频率小于PZT调制频率间隔，否则可能出现不同传感光纤之间信号串扰的问题。另外，这种方案需要系统带有多个相位调制器，接收端解调技术复杂，成本较高，不利于拓展防区数量，易消耗频带资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，所述采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统是一种防区数量易于拓展、扰动信号频率不受限制、各防区子系统间基本无相互干扰的多防区光纤周界传感系统。
本发明的技术方案之一为：
本发明设有光源、环形器、光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器；
光源输出端接环形器输入端，环形器的正向输出端接光纤耦合器输入端，光纤耦合器输出端接分路器输入端，光纤延迟线的两端并联在光纤耦合器的输入端和输出端，分路器各输出端分别接1根传感光纤，每路传感光纤接1个光纤光栅，环形器的反向输出端接波分复用器输入端，波分复用器各输出端分别接1个光电探测器。
所述光源最好为宽带光源。
所述光纤光栅可选用光纤布拉格光栅，以降低成本。
本发明的技术方案之二为：
本发明设有光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器；
光源输出端接第一光纤耦合器输入端，第一光纤耦合器的正向输出端接第二光纤耦合器输入端，第二光纤耦合器输出端接分路器输入端，光纤延迟线的两端并联在第二光纤耦合器的输入端和输出端，分路器各输出端分别接1根传感光纤，每路传感光纤接1个光纤光栅，第一光纤耦合器的反向输出端接波分复用器输入端，波分复用器各输出端分别接1个光电探测器。
所述光源最好为宽带光源。
所述光纤光栅可选用光纤布拉格光栅，以降低成本。
与现有技术比较，本发明有益效果如下：
由于采用上述技术方案，本发明将一个宽带光源发出的光分成多路，每路光纤终端接一个中心波长特定的光纤布拉格光栅(FBG)，将特定波长的光波反射。分路器的反向输出端可连接一个波分复用器(DWDM)，波分复用器用来解调从各个光纤布拉格光栅反射回来的光信号。因此，如果FBG的中心波长与DWDM各通道的中心波长匹配，就可以在接收端独立地监控各子回路光纤受到的扰动情况。本发明虽然是采用多根传感光纤，但不使用相位调制器，而是用不同中心波长的光纤布拉格光栅作为每根传感光纤的反射装置，这样在不同的波长上实现无源的复用方式，使系统不受扰动信号的带宽限制，同时方便了传感光纤的铺设。本发明所述的采用波分复用器的光纤周界传感系统可以方便地扩展防区和子干涉系统的数目，实现多防区、多扰动检测和定位的目的，对入侵信号的检测灵敏度高，响应速度快，各防区之间的串扰很小。本发明在安防等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构组成示意图。
图2为本发明实施例1的各路光纤布拉格光栅(FBG)和波分复用器(DWDM)的光谱特性。在图2中，横坐标为波长(nm)；左侧纵坐标为波分复用器(DWDM)的透射光强度(mW)；右侧纵坐标为光纤布拉格光栅(FBG)的反射光强度(mW)；其中实线为光纤布拉格光栅(FBG)的光谱特性，点划线为波分复用器(DWDM)的光谱特性。
图3为本发明实施例1第一路传感光纤受到扰动时各子干涉系统的输出信号。在图3中，横坐标为输出电压的采样点的序号；纵坐标为输出电压(V)。
图4为本发明实施例1第二路和第三路传感光纤受到扰动时各子干涉系统的输出信号。在图4中，横坐标为输出电压的采样点的序号；纵坐标为输出电压(V)。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明实施例设有宽带光源1、环形器2、光纤耦合器3(为2X2光纤耦合器)、光纤延迟线4、分路器5、n路传感光纤61、62...6n，n个光纤布拉格光栅(FBG)71、72...7n，波分复用器(DWDM)8，以及n个光电探测器91、92...9n。
宽带光源1输出端接环形器2输入端，环形器2的正向输出端接光纤耦合器3输入端，光纤耦合器3输出端接分路器5输入端，光纤延迟线4的两端并联在光纤耦合器3的输入端和输出端，分路器5各输出端分别接1根传感光纤，每路传感光纤接1个光纤布拉格光栅，环形器2的反向输出端接波分复用器8输入端，波分复用器8各输出端分别接1个光电探测器。传感光纤61、62...6n上的箭头表示扰动。
参见图2，选取传感光纤为4路，即取n＝4。宽带光源采用放大自发辐射ASE光源，光源中心波长1550nm，输出功率10mW。光纤采用普通单模光纤。2X2光纤耦合器的分光比50∶50。光纤延迟线的长度3.4km。4个光纤布拉格光栅的中心波长分别位于波分复用器的4个窗口的其中1个窗口内。4个光纤布拉格光栅的中心波长分别为1548.0nm、1549.2nm、1550.8nm、1552.3nm，DWDM的波长间隔为1.6nm(200GHz)。
将监控区域周界分成4个防区，每个防区分别对应一路传感光纤和一个特定波长的光纤光栅。当人在布防区域内走动或踩踏到传感光纤引起光纤内传输光的相位发生变化时，各子系统的输出信号将相应发生变化。为防止不同防区扰动信号之间的串扰，应使用隔离度高的DWDM器件。实验所用的DWDM器件通道间隔离度大于30dB，基本不会造成防区间信号的串扰。光栅作为具有波长选择特性的反射器件，应使用线宽较窄、边模抑制比(SMSR)较大的器件。实验采用4个光电探测器(具有4个通道)同步采集能力的数据采集卡，将经光电转换后获得的4路干涉子系统的电压信号输出，以每通道5kHz(或根据需要设成更高)的采样频率进行采集。
参见图3，从图3可见，当第一路传感光纤(第一路子系统光纤)受到扰动时，仅该路的输出信号发生变化，其它三路信号均无变化，未受影响。
参见图4，从图4可见，第二路和第三路传感光纤分别受到扰动时，只有扰动对应的两路输出信号发生变化，而其它未受扰动的子系统输出没有变化，未受影响。
由此可见，各防区子系统的响应是相互独立的，各防区之间的串扰很小。而且对入侵信号的检测灵敏度高，响应速度快，
实施例2
与实施例1类似，区别仅在于，将实施例1中的环形器更换为光纤耦合器，同样可实现本发明目的。更换为光纤耦合器可以明显减低成本，但增加了损耗。
Claims (6)
1.一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于设有光源、环形器、光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器；
光源输出端接环形器输入端，环形器的正向输出端接光纤耦合器输入端，光纤耦合器输出端接分路器输入端，光纤延迟线的两端并联在光纤耦合器的输入端和输出端，分路器各输出端分别接1根传感光纤，每路传感光纤接1个光纤光栅，环形器的反向输出端接波分复用器输入端，波分复用器各输出端分别接1个光电探测器。
2.如权利要求1所述的一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于所述光源为宽带光源。
3.如权利要求1所述的一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于所述光纤光栅为光纤布拉格光栅。
4.一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于设有光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤延迟线、分路器、至少2路传感光纤、至少2个光纤光栅、波分复用器、至少2个光电探测器；
光源输出端接第一光纤耦合器输入端，第一光纤耦合器的正向输出端接第二光纤耦合器输入端，第二光纤耦合器输出端接分路器输入端，光纤延迟线的两端并联在第二光纤耦合器的输入端和输出端，分路器各输出端分别接1根传感光纤，每路传感光纤接1个光纤光栅，第一光纤耦合器的反向输出端接波分复用器输入端，波分复用器各输出端分别接1个光电探测器。
5.如权利要求4所述的一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于所述光源为宽带光源。
6.如权利要求4所述的一种采用波分复用器的光纤多通道周界传感系统，其特征在于所述光纤光栅为光纤布拉格光栅。
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