[发明专利]一种SMS光纤结构复用传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种基于SMS光纤结构复用实现温度、应力、折射率等多参数同时测量的光纤传感器。

技术背景

光纤传感器具有许多传统的传感器不可比拟的优点，如灵敏度高、体积小、绝缘性好、可实现分布测量等优点，很多物理量如压力、温度、应力(应变)、磁场、折射率、形变、微振动、微位移和声压等都能用光纤传感技术进行高精度测量。

由于光纤传感器本身的优势，不断有新型传感器问世。其中，基于单模光纤-多模光纤-单模光纤(SMS)结构的多模光纤传感器和基于光时域反射的分布式光纤传感技术发展速度迅猛，这种多模光纤传感器最重要的部分是SMS光纤结构，传感头是多模光纤。SMS光纤结构是将多模光纤通过单模光纤接入光纤系统，外界环境的变化引起该结构透射性能发生变化，通过监测透射性能的改变实现环境参量的测量。目前出现的与本发明相似的光纤温度传感器，是经过封装的SMS光纤结构，此结构简单，制造容易，光纤温度传感器的灵敏度达到-3.915nm/℃。然而这种传感器无法实现级联，只能实现单一参量测量，使得传感器的成本很高。

光时域反射仪工作的依据是光的背向散射原理。光纤的背向散射是由瑞利散射和菲涅耳散射反射引起的，菲涅耳反射是由折射率变化引起的，一般发生在接续点、对接处和光纤的端面。背向散射是由于介质不均匀引起的散射光中，会有一部分光沿着光路传输的相反方向传回发送端。光时域反射仪就是利用光纤中背向散射光的强度有一定规律的原理来进行测量的。

基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测量技术最显著的优点是可以准确地测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息，无需构成回路。目前公开的基于OTDR的光纤传感器，采用特殊的光纤，通过光时域反射方法解调来测量高温，OTDR用来确定沿光纤不同位置处的不同损耗，达到实时监测的目的，但是该方法也只能测量单一参数，无法进行环境复杂的多参数测量。

光时域反射仪沿光纤长度进行数据采集和处理，精确分析每一处信息的变化，也就是说光时域反射仪可以实时监测连入的多个结构处光强的变化情况，为实现多个光纤传感器复用提供了可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种借助光时域反射方法解调多个SMS光纤结构的反馈信号实现多参数同时测量的光纤传感器。

本发明的目的是这样实现的：

由光时域反射仪连接至少2个SMS光纤结构组成，其中SMS光纤结构由一段多模光纤在两端连接单模光纤组成。

本发明还可以包括：

1.所述的SMS光纤结构以串联方式连接在一起。

2.所述的SMS光纤结构分别连接在耦合器的不同分路上。

3.每条耦合器分路上连接至少2个SMS光纤结构，这些SMS光纤结构以串联方式连接在一起。

4.所述的SMS光纤结构中多模光纤的长度为SMS光纤结构的自像点距离。

本发明的优点主要体现在：

该传感器可以准确测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息无需构成回路。解调基于多模干涉原理，通过实时监测各个SMS光纤结构处光损耗的变化，实现多个SMS光纤结构的复用，能够对温度、应力、折射率等多参量进行同时测量，降低了传感系统的成本，结构简单，制作容易，灵敏度高。

附图说明

图1为SMS光纤结构串联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图；

图2为SMS光纤结构并联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图；

图3为SMS光纤结构的结构示意图；

图4为腐蚀后的SMS光纤结构的结构示意图；

图5为光时域反射损耗示例图。

具体实施方式

下面对本发明具体技术方案作进一步说明。

SMS光纤结构复用传感器采用大芯径多模光纤做传感头，导入端和导出端的单模光纤为标准单模光纤。当多模光纤的参数合适，单个SMS光纤结构可用来测量温度、应力、折射率等某一参量的变化，多个SMS光纤结构复用便可以实现多个参量同时测量。光时域反射仪沿光纤长度进行数据采集和处理，可以在线实时监测并显示各个SMS光纤结构处的光损耗情况，如串联在一起的SMS光纤结构可分别监测折射率、温度或应力等参数的变化，外界参量发生改变则光时域反射仪上显示的各处光损耗大小也会随之改变。通过确定光损耗的变化来定量分析温度、应力、折射率等参数的变化情况，最终实现多参数同时测量。