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相干光時域反射裝置和分布式光纖傳感器的制作方法

文檔序號:12783909閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種相干光時域反射裝置,其特征在于,包括:

相干光源單元,用于產(chǎn)生相干探測光;

耦合到被測光纖鏈路的一端的光學(xué)耦合單元,用于將所述相干探測光引導(dǎo)到所述被測光纖鏈路中,并接收來自所述被測光纖鏈路的反射探測光;

光學(xué)檢測單元,耦合到所述光學(xué)耦合單元以接收所述反射探測光,所述光學(xué)檢測單元包括光學(xué)干涉儀和光學(xué)探測器,所述光學(xué)干涉儀沿著不同光路處理所述反射探測光,使之形成由于反射光沿不同路徑不同光程而不同的光輸出信號;所述光學(xué)探測器分別在不同的光路中接收來自所述光學(xué)干涉儀的所述光輸出信號;

設(shè)備控制器,其耦合到所述光學(xué)檢測單元,用于從所述光學(xué)探測器接收探測器輸出信號,并處理所述探測器輸出信號,以提取關(guān)于聲音或振動或應(yīng)變相關(guān)特性的空間分布的信息,作為沿所述被測光纖鏈路的與距離相關(guān)的分布參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述相干光源單元,包括:

光源,用于發(fā)出探測光;

調(diào)制器,用于接收所述光源發(fā)出的所述探測光,并對所述探測光進行調(diào)制;

第一光纖放大器,用于接收所述調(diào)制器調(diào)制后的探測光,并對所述調(diào)制后的探測光進行放大;

第一濾波器,用于接收所述第一光纖放大器的輸出光,并向所述光學(xué)耦合單元輸出濾波后的探測光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述被測光纖鏈路,包括:

傳感光纖,在所述被測光纖鏈路末端,用于感測聲音或震動或應(yīng)變對所述傳感光纖產(chǎn)生的影響;

參考光纖,連接在所述傳感光纖和所述光學(xué)耦合單元之間,用于為整個裝置提供判斷傳感事件的參考。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)耦合單元,包括:

第一光環(huán)行器,所述第一光環(huán)行器的第一光端口用于接收所述相干光源單元的所述探測光,所述第一光環(huán)行器的第二光端口耦合到所述被測光纖鏈路,所述第一光環(huán)行器的第三端口耦合到所述光學(xué)檢測單元。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元,還包括:

光偏振控制器,用于在不同光路中,接收所述光學(xué)干涉儀的不同光路上的光輸出;

光起偏器,分別位于相應(yīng)的所述光偏振控制器下游的各個光路中,以分別向所述光學(xué)探測器產(chǎn)生偏振輸出信號;

則所述光學(xué)探測器分別在不同的光路中接收來自所述光學(xué)干涉儀的所述光輸出信號,還包括:

所述光學(xué)探測器連接在各個所述光起偏器下游的各個光路中,用于接收所述偏振輸出信號并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號輸出。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其中所述光學(xué)檢測單元,還包括:

耦合到所述光學(xué)干涉儀的相位調(diào)制器,以調(diào)整或調(diào)制所述光學(xué)干涉儀內(nèi)的不同光路之間的光學(xué)相位差。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元,還包括:

所述光學(xué)干涉儀和所述光學(xué)耦合單元之間的第二光纖放大器,用于接收所述光學(xué)耦合單元的所述反射探測光,并產(chǎn)生第二光纖放大器輸出光;

第二濾波器,用于接收所述第二光纖放大器輸出光,并產(chǎn)生第二濾波器輸出光到所述光學(xué)干涉儀。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)干涉儀,包括:

兩個光纖耦合器,分別為N'×N耦合器和M'×M耦合器,其中N'、N和M'、M分別為耦合器的端口數(shù),分別為大于1的整數(shù);

所述M'×M耦合器的M端與所述光學(xué)耦合單元連接,用于接收所述光學(xué)耦合單元的所述反射探測光;

所述M'×M耦合器的M'端與所述N'×N耦合器的N端相連接,用于將接收到的所述反射探測光輸入到所述N'×N耦合器并形成干涉。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述N'×N耦合器和M'×M耦合器分別為3×2耦合器和2×1耦合器。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,將所述相位調(diào)制器更換為偏振調(diào)制器。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的相干光時域反射裝置,其特征在于:

在所述光學(xué)干涉儀內(nèi)的非偏振調(diào)制的光路上,還包括延遲調(diào)制器。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)探測器,包括:

偏振差異探測器,用于接收來自所述光學(xué)干涉儀的輸出光,并產(chǎn)生電信號輸出;

第一加法器,用于接收并處理所述偏振差異探測器產(chǎn)生的所述電信號輸出,并將處理結(jié)果輸入到所述設(shè)備控制器中。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,還包括:

在所述光學(xué)探測器和所述設(shè)備控制器之間的第二加法器,用于對各個所述光學(xué)探測器輸出的電信號進行處理后,將處理結(jié)果輸入到所述設(shè)備控制器中。

14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元,還包括:

相位調(diào)制器,連接在所述光學(xué)干涉儀內(nèi)的第一光路中,用于對所述第一光路中的光進行相位調(diào)制;

偏振調(diào)制器,連接在所述光學(xué)干涉儀內(nèi)的第二光路中,用于對所述第二光路中的光進行偏振調(diào)制;

所述光學(xué)探測器分別在不同的光路中接收來自所述光學(xué)干涉儀的所述光輸出信號,還包括:

一個光學(xué)探測器,用于接收來自所述光學(xué)干涉儀的所述光輸出信號。

15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元,還包括:

第二光環(huán)行器,所述第二光環(huán)行器的第一端口接收來自所述第二濾波器的所述第二濾波器輸出光,并在所述第二光環(huán)行器的第二端口產(chǎn)生一個第二光環(huán)行器輸出光;

所述光學(xué)干涉儀包括一個M'×M耦合器;

所述M'×M耦合器的M測的1端口,接收所述第二光環(huán)行器輸出的所述第二光環(huán)行器輸出光,并產(chǎn)生兩個光輸出;

第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡,連接到所述M'×M耦合器的M'端口中的第一端口,用于接收來自該端口的光輸出,并將所述光輸出反射回所述M'×M耦合器;

第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡,連接到所述M'×M耦合器的M'端口中的第二端口,用于接收來自該端口的光輸出,并將所述光輸出反射回所述M'×M耦合器;

相位調(diào)制器,連接在所述M'×M耦合器和第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡之間的,或所述M'×M耦合器和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡之間的光路中,用于對所述光路中的光進行相位調(diào)制;

來自第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的反射光進入所述M'×M耦合器后,從所述M'×M耦合器的M端口輸出,并通過1端口進入到所述第二光環(huán)行器的第二端口,并從所述第二光環(huán)行器的第三端口輸出;

探測器,連接到所述第二光環(huán)行器的第三端口,用于接收來自所述第二光環(huán)行器的第三端口的光,并產(chǎn)生一個電信號輸出給所述設(shè)備控制器。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述M'×M耦合器M測1端口與所述第二濾波器連接,M側(cè)2端口直接與所述探測器連接,同時去掉所述第二光環(huán)行器。

17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元包括:

所述光學(xué)干涉儀由兩個光纖耦合器構(gòu)成,分別為N'×N耦合器和M'×M耦合器;其中,M'×M的耦合器的M端的一個端口接收所述第二濾波器的輸出,另一側(cè)M'端的兩個端口產(chǎn)生2路光輸出;

偏振調(diào)制器,接收來自M'×M耦合器M'端的兩個端口產(chǎn)生2路光輸出的一路輸出,并產(chǎn)生一個偏振調(diào)制輸出;

延遲調(diào)制器,接收來自M'×M耦合器M'端的兩個端口產(chǎn)生2路光輸出的另一路輸出,并產(chǎn)生一個延遲調(diào)制輸出;

相位調(diào)制器,用于接收來自所述延遲調(diào)制器的輸出,并產(chǎn)生一個相位調(diào)制器輸出;

所述N'×N耦合器的N端口中的一個端口,用于接收所述偏振控制器的偏振控制輸出,所述N端口中的另外一個端口,用于接收所述相位調(diào)制器的相位調(diào)制輸出;N'×N耦合器接收偏振控制輸出和相位調(diào)制輸出后,在N'端口一側(cè)產(chǎn)生N'路光輸出;

數(shù)量為N'個的光探測器,用于分別接收來自N'×N的耦合器的N'路光輸出,并產(chǎn)生N'個電信號輸出到所述設(shè)備控制器中。

18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述光學(xué)檢測單元包括:

第三光環(huán)形器,所述第三光環(huán)行器的第一端口用于接收所述第二濾波器的輸出,并在所述第三光環(huán)形器的第二端口產(chǎn)生一個第三光環(huán)行器第二端口輸出光;

N'×N耦合器,其N端口一側(cè)中的N側(cè)的1端口用于接收所述第三光環(huán)行器第二端口輸出光,并在N'×N耦合器的N'端口一側(cè)產(chǎn)生兩個輸出光;

第三法拉第旋轉(zhuǎn)鏡,用于接收所述N'×N耦合器的N'端口一側(cè)產(chǎn)生的兩個輸出光中的一路光輸出,并將其反射回N'×N耦合器;

第四法拉第旋轉(zhuǎn)鏡,用于接收所述N'×N的耦合器的N'端口一側(cè)產(chǎn)生的兩個輸出光中的另外一個光路的輸出光,并將其反射回所述N'×N耦合器;

延遲調(diào)制器和相位調(diào)制器,依次連接到第四法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和N'×N耦合器之間的光路中,用于對通過的光進行相位調(diào)制和延遲調(diào)制;

第一光探測器,用于接收所述N'×N耦合器N側(cè)的一個輸出端口,用于接收通過N'×N耦合器傳輸?shù)姆ɡ谛D(zhuǎn)鏡反射光,并產(chǎn)生一個相應(yīng)的電信號輸出到所述設(shè)備控制器中;

第二光探測器,用于接收所述N'×N耦合器N側(cè)的另外一個輸出端口,用于接收通過N'×N耦合器傳輸?shù)姆ɡ谛D(zhuǎn)鏡反射光,并產(chǎn)生另外一個相應(yīng)的電信號輸出到所述設(shè)備控制器中。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述設(shè)備控制器還用于對所述相干光時域反射裝置中的偏振控制器、相位調(diào)制器、光纖放大器和延遲調(diào)制器的控制和調(diào)制。

20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述被測光纖鏈路,包括:

將所述被測光纖纏繞到桶裝物體上。

21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述被測光纖鏈路,還包括:

在所述被測光纖中嵌入光柵。

22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光時域反射裝置,其特征在于,其中所述相干光源單元,產(chǎn)生的相干探測光為脈沖光。

23.一種分布式光纖傳感器,其特征在于,包括如權(quán)利要求1-22所述的任一項相干光時域反射裝置。

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