專利名稱：基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域,涉及一種基于長周期光纖光柵(Long PeriodFiber Grating, LPFG)的遠距離多點檢測用化學傳感器。
背景技術：
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域中被廣泛應用，而且也促進了光纖傳感技術的迅速發(fā)展。光纖光柵具有體積小、成本廉價、波長選擇性高、插入損耗低、偏振不敏感、抗電磁干擾能力強、結(jié)構簡單等優(yōu)點，因此基于光纖光柵的傳感技術發(fā)展的越來越快，它的應用也越來越廣泛。比如在一些存在電磁干擾、腐蝕性強，或其他惡劣的化學條件下，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，具有很強的技術優(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的需要，因此基于光纖光柵的傳感技術在傳感領域中占據(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現(xiàn)對溫度、應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諧振峰值和比較大的帶寬，所以限制了其多路復用的能力。光時域反射儀簡稱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、施工、故障檢測、工程校驗等，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相對量來實現(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現(xiàn)波分復用等缺陷限制了此類傳感器的應用。針對上述問題，我們提出了一種基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中光纖光柵傳感器測量距離短、范圍小、無法實現(xiàn)多路復用和費用高等問題，提供了一種成本低、結(jié)構簡單、可實現(xiàn)多點、遠距離及實時檢測的基于長周期光纖光柵的化學傳感器。本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案:基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器包括光時域反射儀、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處分別熔接一根長周期光纖光柵傳感頭。所述的光時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環(huán)境發(fā)生改變時，引起長周期光纖光柵傳感頭的諧振波長發(fā)生移動，使得在特定波長處的光損耗發(fā)生變化，當從光時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，長周期光纖光柵傳感頭透射譜的移動將導致透過的光脈沖強度發(fā)生變化，傳輸光纖上所有傳感點處的強度變化情況在光時域反射儀的光強-距離曲線上同時顯示。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環(huán)境的敏感度。2、本發(fā)·明利用光時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，由于長周期光纖光柵傳感頭的透射譜隨化學環(huán)境的變化而發(fā)生移動，透過的光脈沖受到長周期光纖光柵傳感頭調(diào)制后光強的衰減量與化學環(huán)境的變化一一對應，利用OTDR的光電探測與解調(diào)系統(tǒng)對光纖鏈路進行分析，可以實現(xiàn)多個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現(xiàn)復用的缺陷。3、本發(fā)明利用強度解調(diào)的方法實現(xiàn)信號解調(diào)，避免了昂貴的光譜儀等光譜檢測設備的使用，大大降低了傳感檢測成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。圖2為本發(fā)明光波強度檢測原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明進一步描述。如圖1所示，一種基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器，包括光時域反射儀1、長距離傳輸光纖2和多個長周期光纖光柵傳感頭3，其特征在于:光時域反射儀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置于待檢測的化學環(huán)境4中。其中，光時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:光時域反射儀按設定值發(fā)出特定波長和特定頻率的光脈沖，耦合進入傳輸光纖，光脈沖在傳播過程中會在每一個位置都會產(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長周期光纖光柵傳感頭時會受到強度調(diào)制，由于長周期光纖光柵的模式耦合作用，透射譜中會產(chǎn)生諧振波長，諧振波長的大小為:
入=A neff A
其中
權利要求
1.一種基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器，包括光時域反射儀1、長距離傳輸光纖2和多個長周期光纖光柵傳感頭3 ;其特征在于:光時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處分別熔接一根長周期光纖光柵傳感頭；所述的光時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環(huán)境發(fā)生改變時，引起長周期光纖光柵傳感頭的諧振波長發(fā)生移動，使得在特定波長處的光損耗發(fā)生變化，當從光時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，長周期光纖光柵傳感頭透射譜的移動將導致透過的光脈沖強度發(fā)生變化，傳輸光纖上所有傳感點處的強度變化情況在光時域反射儀的光強-距離曲線上同時顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于長周期光纖光柵的遠距離多點檢測用化學傳感器。將光時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環(huán)境的不同會導致透射譜發(fā)生漂移，且漂移變化量與外界化學環(huán)境具有一一對應的關系，當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，透射光強會受到調(diào)制，通過光時域反射儀對光纖鏈路中背向散射信號的解調(diào)，可以獲得每個傳感點處的光強變化信息，從而實現(xiàn)了距離遠、傳感距離可分辨的多點實時檢測的化學傳感。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中光纖光柵傳感器測量距離短、范圍小、無法實現(xiàn)多路復用和費用高等問題，提供了一種成本低、結(jié)構簡單、可實現(xiàn)多點、遠距離及實時檢測的基于長周期光纖光柵的化學傳感器。
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:中國計量學院