[发明专利]基于光时域反射技术的拉锥传感光纤折射率多点检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光时域反射技术的拉锥传感光纤折射率多点检测方法及装置。 

背景技术

随着工业技术发展，由于工厂对生产中产生的废液、废气、废渣等污染源没有采取有效的清理措施，人们的生活环境遭到了严重破坏。近年来频繁的爆发瓦斯爆炸、煤气中毒、事物中毒和有毒化工原料泄露等事件引起了国家的高度重视，所以国家积极鼓励有关的传感检测技术的研究。经过国内各科学院和企业的人力、财力的投入，国家在矿井安全、空气质量监测、食品安全检测、化学分析等领域已经取得了很大的进步。 

光纤传感技术是以光波为载体，光纤为传输介质或者作为传感元件的一种新型传感技术。在生化传感和检测领域中，物质的折射率(Reflection Index，RI)是一个与物质的光学性能、浓度、成分以及色散等性质密切相关的重要物理参数，通过对样品折射率的测量，利用折射率与物质浓度之间的对应关系便可换算出样品的浓度，这对于生化领域具有十分重要的意义。通常折射率测量方法有牛顿环法、衍射光栅法和基于全反射原理的阿贝折射仪测量法等，这些测量方法虽然测量精度高，但是操作相对复杂，在测量时需要先取样再测量，因此无法实现实时监测，而且这些检测方法所需的仪器体积偏大，且大多只能实现单点测量，无法适用于恶劣的检测环境，这些缺点大大地限制了这些检测方法的实际应用。 

随着科技的发展，出现了一些基于光纤表面等离子体型和光纤干涉仪等的测量折射率方法，虽然这些方法打破了恶劣的环境对于测量的限制，但是这些方法实现的大多也只是单点的测量，无法实现远距离的多点的实时监测。 

拉锥光纤是利用拉锥腐蚀等方法将常规光纤拉制成直径比较小的光纤。拉锥光纤的锥区是一个倏逝场，光在锥区传输时，光的强度会对其周围的折射率敏感，不同的外部介质折射率将会引起不同的损耗，这个损耗的变化大 小与外部介质折射率的变化大小成比例关系，因此可以实现对外部介质折射率的检测。 

光通信领域中光时域反射技术是利用激光器发射具有一定宽度和重复周期的窄光脉冲进入被测光纤，在入射端检测后向散射信号强度，根据后向散射信号沿时间轴的幅度曲线可以得到被测光纤链路的损耗、熔接点和断点等分布。针对现有折射率检测技术中不易实现多点测量的问题，我们提出了一种基于光时域反射技术的拉锥传感光纤折射率多点检测方法，并提供了实现该方法的装置。这种方法结构简单、便于操作，可实现多点折射率实时监测及远距离的传感。 

发明内容

为了克服现有技术中不易实现多点测量和远距离实时监测的问题，本发明提出了一种结构简单、便于操作、可实现多点、远距离及实时监测的基于光时域反射技术的拉锥传感光纤折射率多点检测方法，以及实现该方法的装置。 

本发明的方法包括以下步骤： 

步骤(1)选择一个激光二极管、一个光脉冲调制器、一个光电探测器、一个1×2光耦合器、一根长距离传输光纤、多根拉锥传感光纤、一个由数据采集卡和计算机组成的硬件系统、一个由数据采集累加卡控制和数据采集程序、保存和管理的数据库管理系统、数据处理和显示的软件平台； 

步骤(2)将激光二极管发出的光经由光脉冲调制器调制后接入到1×2光耦合器具有两个端口一侧的第一端口，1×2光耦合器另一侧的端口接长距离传输光纤，并在传输光纤不同距离的传感位置上嵌入熔接一根拉锥传感光纤，传输光纤及拉锥传感光纤产生的后向散射信号通过1×2光耦合器具有两个端口一侧的第二端口经光电探测器进行光电转换后将信息传递给数据采集系统并由软件将信号经行处理，最后显示后向散射信号沿距离的幅度曲线； 

步骤(3)将熔接有多根拉锥传感光纤的传输光纤铺设到待检测区域中，使拉锥传感光纤的位置与待检测点对应，光在传输过程中经过拉锥传感光纤，由于拉锥传感光纤周围折射率的不同，引起光纤链路中传输的光脉冲及其后向散射光在此处的损耗大小也不同，且这个损耗大小与拉锥传感光纤周围介质的折射率大小成比例，因此链路散射信号强度随传输距离的曲线在传感点处阶跃幅度的大小与拉锥传感光纤周围的折射率大小相对应，通过监测散射信号 曲线在传感点处的阶跃幅度大小实现对折射率长距离多点的传感。 

本发明为解决技术问题所采取的装置：