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一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊的制作方法

文檔序號(hào):6202775閱讀:235來(lái)源:國(guó)知局
一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其不同之處在于:其包括單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器、多模準(zhǔn)直器、兩個(gè)波分復(fù)用濾波片、一個(gè)光路切換元件、兩個(gè)帶通濾波片、兩個(gè)具有會(huì)聚功能的TO氣密性封裝的雪崩光電二極管APD、閉封裝整個(gè)光學(xué)器件的殼體,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的透射光路上平行設(shè)置有兩個(gè)與光軸成夾角的波分復(fù)用濾波片,每個(gè)波分復(fù)用濾波片的反射光路上均設(shè)置有一個(gè)所述雪崩光電二極管APD,每個(gè)雪崩光電二極管APD上方均設(shè)置有所述帶通濾波片,所述帶通濾波片的入射光與光軸成夾角,波分復(fù)用濾波片與多模準(zhǔn)直器之間設(shè)置有用以切換光路通道的光路切換元件。本實(shí)用新型能多通道測(cè)量,集成度高、體積小、可靠性高。
【專利說(shuō)明】一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖傳感、光學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖溫度傳感技術(shù)是近幾年國(guó)內(nèi)飛速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)以普通多模光纖為傳感載體,不僅具有普通光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn),另還有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行實(shí)時(shí)傳感的能力,非常適用于大范圍多點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合,t匕如高壓電力電纜、大型發(fā)電機(jī)、變壓器、煤炭、鍋爐等測(cè)溫場(chǎng)合。
[0003]分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)基本原理主要是基于光纖的背向拉曼散射溫度效應(yīng)和先進(jìn)的光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)。當(dāng)一個(gè)或一系列激光脈沖從光纖的一端注入光纖時(shí),這個(gè)光脈沖會(huì)沿著光纖向前傳播,在傳播過(guò)程中,光會(huì)在光纖沿線的每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生喇曼散射現(xiàn)象,產(chǎn)生的喇曼散射光中,有一部分光被光纖重新捕獲并沿著激光傳播相反的方向返回,此部分喇曼散射光被稱為背向散射光。在散射光中,光波長(zhǎng)大于入射激光脈沖波長(zhǎng)的成分被稱為斯托克斯光(Stock, S);波長(zhǎng)小于入射激光脈沖波長(zhǎng)的成分被稱為反斯托克斯光(Ant1-Stockes, AS)。這兩種信號(hào)即喇曼斯托克斯光和喇曼反斯托克斯光的強(qiáng)度正好對(duì)當(dāng)前光纖所在位置處的溫度敏感,因此可以通過(guò)探測(cè)這兩個(gè)信號(hào)的大小計(jì)算出當(dāng)前光纖點(diǎn)所在位置處的溫度,并且通過(guò)計(jì)算背向散射信號(hào)與入射光脈沖之間的時(shí)間差,就可以通過(guò)背向散射信號(hào)在光纖中傳播的速度推算出此溫度數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)于光纖中的哪一點(diǎn)。
[0004]分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間通常與測(cè)溫光纜長(zhǎng)度成正比,因此在很多場(chǎng)合,都采用多通道測(cè)量方式來(lái)節(jié)約系統(tǒng)成本和系統(tǒng)占用體積。但目前大多廠家都是通過(guò)在主機(jī)內(nèi)配置一個(gè)或多個(gè)光開光模塊來(lái)切換各個(gè)通道,如在專利“一種多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)”(專利號(hào)CN102539010A)中提到利用一個(gè)Ixn耦合器將脈沖光源的光分開后,分別通過(guò)N個(gè)WDM模塊、N個(gè)光開光進(jìn)入到N路通道中,從而達(dá)到多通道分布式光纖測(cè)溫的目的,見(jiàn)附圖4,此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是脈沖光源可以復(fù)用,節(jié)省了光源的個(gè)數(shù)和系統(tǒng)成本,但通過(guò)眾多的分離模塊,整個(gè)系統(tǒng)的插入損耗會(huì)大大增加,從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和精度。
[0005]分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的核心技術(shù)之一是開發(fā)低插損、高隔離度、微型化的光學(xué)模塊。目前市面上通常采用分離元件的方法來(lái)提取斯托克斯光和反斯托克斯光分量,如附圖5所示,高功率脈沖激光通過(guò)一個(gè)三端口 WDM耦合器連接光開光后注入到不同通道的光纖中,從不同通道的光纖中反射回的攜帶溫度信息量的斯托克斯光和反斯托克斯光分別從WDM耦合器的兩輸出端輸出,通過(guò)兩個(gè)分離的AH)接收后進(jìn)行信息處理。見(jiàn)專利“嵌入式光開關(guān)的分布式光纖拉曼溫度傳感器”(實(shí)用新型專利號(hào):CN101813530A)。這種方法采用分離模塊搭建傳感系統(tǒng),雖然簡(jiǎn)單靈活,但引入的插損大、體積大、各個(gè)模塊選型時(shí)很難保證所用光纖類型完全匹配,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)拼接時(shí)差異性較大。另一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是,在實(shí)際使用中,脈沖光信號(hào)是單模光纖輸入,而傳感光纖通常是多模光纖,這樣就存在模式不匹配的問(wèn)題,同樣導(dǎo)致插入損耗的增加,導(dǎo)致傳感檢測(cè)的范圍和精度下降。雖然專利“一種光時(shí)域反射裝置”(見(jiàn)專利號(hào):201010150195.X)也提出了一種采用空間光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的光時(shí)域反射裝置,也可應(yīng)用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中,降低了插損、提高了檢測(cè)范圍和靈敏度,并且也實(shí)現(xiàn)了小型化,見(jiàn)附圖6。但該方案中,有如下幾個(gè)缺點(diǎn):1)并沒(méi)有解決脈沖光源輸出的單模光纖與傳感反射回的多模光纖的模式匹配問(wèn)題;2)第二個(gè)APD (410)的耦合位置與水平軸成一傾斜角度,既不利于耦合,也會(huì)使整個(gè)光學(xué)模塊體積增大;3)不能做到多通道測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,能多通道測(cè)量,集成度高、體積小、可靠性高。
[0007]為解決以上技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其不同之處在于:其包括單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器、多模準(zhǔn)直器、兩個(gè)波分復(fù)用濾波片、一個(gè)光路切換元件、兩個(gè)帶通濾波片、兩個(gè)具有會(huì)聚功能的TO氣密性封裝的雪崩光電二極管APD、閉封裝整個(gè)光學(xué)器件的殼體,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的透射光路上平行設(shè)置有兩個(gè)與光軸成夾角的波分復(fù)用濾波片,每個(gè)波分復(fù)用濾波片的反射光路上均設(shè)置有一個(gè)所述雪崩光電二極管APD,每個(gè)雪崩光電二極管APD上方均設(shè)置有所述帶通濾波片,所述帶通濾波片的入射光與光軸成夾角,波分復(fù)用濾波片與多模準(zhǔn)直器之間設(shè)置有用以切換光路通道的光路切換元件。
[0008]以上方案中,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器包括光纖、模場(chǎng)匹配元件、透鏡,單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的輸入端連接有單模輸出的1550nm高功率脈沖光源。
[0009]以上方案中,所述多模準(zhǔn)直器為2?8個(gè)多模準(zhǔn)直器或一個(gè)多芯的多模準(zhǔn)直器,多模準(zhǔn)直器的輸出端連接系統(tǒng)中的多模傳感光纖。
[0010]以上方案中,所述波分復(fù)用濾波片與光軸成42?48度夾角,透射膜與激光器入射波長(zhǎng)、非本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致。
[0011]以上方案中,所述光路切換元件為MEMS調(diào)制元件或其它電調(diào)制的光學(xué)器件或其它組合的光學(xué)組件。
[0012]以上方案中,帶通濾波片的入射光與光軸成O?8度夾角,透射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與激光器入射波長(zhǎng)和非本路接收的波長(zhǎng)一致。
[0013]對(duì)比現(xiàn)有技術(shù),本實(shí)用新型的原理及有益效果如下:
[0014]該用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊采用空間光路,將傳統(tǒng)的擾模器、波分復(fù)用器、光開關(guān)、APD四大功能集成于一體,大大減小了耦合損耗,提高了檢測(cè)靈敏度,結(jié)構(gòu)緊湊,穩(wěn)定可靠;其采用單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器,徹底解決了脈沖光源輸出的單模光纖與傳感反射回的多模光纖的模式匹配問(wèn)題;另光路中內(nèi)置一光路切換元件,可以靈活方便地切換到各個(gè)多通道傳感系統(tǒng)中,不僅達(dá)到了多通道測(cè)量的目的,而且整個(gè)模塊集成度聞、體積小、可罪性聞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖;[0016]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0017]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的光路示意圖;
[0018]圖4為對(duì)比專利“一種多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)”(專利號(hào):CN102539010A)的不意圖;
[0019]圖5為傳統(tǒng)的采用分離模塊拼接成的多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的光路示意圖;
[0020]圖6為對(duì)比專利“一種光時(shí)域反射裝置”(見(jiàn)專利號(hào):201010150195.X)的示意圖;
[0021]其中:110-第一光纖、120-第二光纖、190-第三光纖、210-第一透鏡、220-第二透鏡、290-第三透鏡、310-第一波分復(fù)用濾波片、320-第二波分復(fù)用濾波片、330-第一帶通濾波片、340-第二帶通濾波片、410-模場(chǎng)匹配元件、510-光路切換元件、610-第一雪崩光電二極管APD、620-第二雪崩光電二極管APD、800-殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]請(qǐng)參考圖1、圖2和圖3,本實(shí)用新型實(shí)施例用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其包括單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器、多模準(zhǔn)直器、兩個(gè)波分復(fù)用濾波片、一個(gè)光路切換元件510、兩個(gè)帶通濾波片、兩個(gè)具有會(huì)聚功能的TO氣密性封裝的雪崩光電二極管APD、閉封裝整個(gè)光學(xué)器件的殼體800,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的透射光路上平行設(shè)置有兩個(gè)與光軸成夾角的波分復(fù)用濾波片,每個(gè)波分復(fù)用濾波片的反射光路上均設(shè)置有一個(gè)所述雪崩光電二極管APD,每個(gè)雪崩光電二極管APD上方均設(shè)置有所述帶通濾波片,所述帶通濾波片的入射光與光軸成夾角,波分復(fù)用濾波片與多模準(zhǔn)直器之間設(shè)置有用以切換光路通道的光路切換元件510。
[0024]具體的,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器包括光纖、模場(chǎng)匹配元件、透鏡,單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的輸入端連接有單模輸出的1550nm高功率脈沖光源。
[0025]具體的,所述多模準(zhǔn)直器為2?8個(gè)多模準(zhǔn)直器或一個(gè)多芯的多模準(zhǔn)直器,多模準(zhǔn)直器的輸出端連接系統(tǒng)中的多模傳感光纖。
[0026]具體的,所述波分復(fù)用濾波片與光軸成42?48度夾角,透射膜與激光器入射波長(zhǎng)、非本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致。
[0027]具體的,所述光路切換元件為是MEMS調(diào)制元件或其它電調(diào)制的光學(xué)器件或其它組合的光學(xué)組件。
[0028]具體的,帶通濾波片的入射光與光軸成O?8度夾角,透射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與激光器入射波長(zhǎng)和非本路接收的波長(zhǎng)一致。
[0029]請(qǐng)參考圖1和圖2,本實(shí)用新型實(shí)施例包括一個(gè)單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器、N個(gè)多模準(zhǔn)直器(N < 8)或一個(gè)多芯的多模準(zhǔn)直器、一個(gè)光路切換元件、兩個(gè)45度的波分復(fù)用濾波片和兩個(gè)O度的帶通濾波片,反射準(zhǔn)直光經(jīng)帶通濾波片分別入射到具有會(huì)聚功能的TO氣密性封裝的第一、第二雪崩光電二極管中;整個(gè)光學(xué)器件密閉封裝在一個(gè)特制殼體中。
[0030]光路原理參閱圖3,首先,脈沖激光發(fā)出的光注入單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器后,光的模式由單模變?yōu)槎嗄?,?jīng)第一波分復(fù)用濾波片310、第二波分復(fù)用濾波片320透射后,通過(guò)光路切換元件510切換到不同通道的多模準(zhǔn)直器,連接系統(tǒng)用的多模傳感光纖;經(jīng)多模傳感光纖背向散射的斯托克斯光和反斯托克斯光(背向散射光1、2)經(jīng)原路返回,通過(guò)光路切換元件510透射后入射到第二波分復(fù)用濾波片320后,其中一路反射光(背向散射光I)經(jīng)第二帶通濾波片340透射后由第二雪崩光電二極管APD620接收;另一路透射光(背向散射光2)經(jīng)第一帶通濾波片330透射后由第一雪崩光電二極管APD610接收。
[0031]本實(shí)用新型實(shí)施例中采用空間光路,將傳統(tǒng)的擾模器、波分復(fù)用器、光開關(guān)、APD四大功能集成于一體,大大減小了耦合損耗,提高了檢測(cè)靈敏度,結(jié)構(gòu)緊湊,穩(wěn)定可靠。其中采用單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器,徹底解決了脈沖光源輸出的單模光纖與傳感反射回的多模光纖的模式匹配問(wèn)題;另光路中內(nèi)置一光路切換元件,可以靈活方便地切換到各個(gè)多通道傳感系統(tǒng)中,不僅達(dá)到了多通道測(cè)量的目的,而且整個(gè)模塊集成度高、體積小、可靠性高。
[0032]以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用,而非對(duì)本實(shí)用新型的限制,有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員,在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下,還可以做出各種變換或變型,因此所有等同的技術(shù)方案,都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:其包括單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器、多模準(zhǔn)直器、兩個(gè)波分復(fù)用濾波片、一個(gè)光路切換元件、兩個(gè)帶通濾波片、兩個(gè)具有會(huì)聚功能的TO氣密性封裝的雪崩光電二極管APD、閉封裝整個(gè)光學(xué)器件的殼體,所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的透射光路上平行設(shè)置有兩個(gè)與光軸成夾角的波分復(fù)用濾波片,每個(gè)波分復(fù)用濾波片的反射光路上均設(shè)置有一個(gè)所述雪崩光電二極管APD,每個(gè)雪崩光電二極管Aro上方均設(shè)置有所述帶通濾波片,所述帶通濾波片的入射光與光軸成夾角,波分復(fù)用濾波片與多模準(zhǔn)直器之間設(shè)置有用以切換光路通道的光路切換元件。
2.如權(quán)利要求1所述的用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:所述單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器包括光纖、模場(chǎng)匹配元件、透鏡,單模轉(zhuǎn)多模準(zhǔn)直器的輸入端連接有單模輸出的1550nm高功率脈沖光源。
3.如權(quán)利要求1所述的用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:所述多模準(zhǔn)直器為2?8個(gè)多模準(zhǔn)直器或一個(gè)多芯的多模準(zhǔn)直器,多模準(zhǔn)直器的輸出端連接系統(tǒng)中的多模傳感光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:所述波分復(fù)用濾波片與光軸成42?48度夾角,透射膜與激光器入射波長(zhǎng)、非本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致。
5.如權(quán)利要求1所述的用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:所述光路切換元件為MEMS調(diào)制元件。
6.如權(quán)利要求1所述的用于多通道分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的微型光模塊,其特征在于:所述帶通濾波片的入射光與光軸成O?8度夾角,透射膜與本路探測(cè)的波長(zhǎng)一致,反射膜與激光器入射波長(zhǎng)和非本路接收的波長(zhǎng)一致。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK203785810SQ201320650821
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】鄭光輝 申請(qǐng)人:武漢六九傳感科技有限公司
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