[发明专利]一种多芯光纤的空分复用方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感、测量领域，具体是用于光纤传感器的空分复用技术，对温度、应变、压力等环境参量实现分布式传感。　

背景技术

多芯光纤是单个包层内具有多个单芯的光纤，多芯光纤的空分复用是在一根光纤中将光束沿空间分割成多路传感通道，通过空分复用，在光纤链路上的每一点都作为传感元件，传感长度可达几十公里，可以连续测量沿光纤长度分布的环境参量，实现分布式光纤传感。

传统的分布式光纤传感技术主要包括：基于偏振的分布式传感技术（POTDR）、基于拉曼散射的分布式传感技术（ROTDR）和基于布里渊散射的分布式传感技术（BOTDR/A）等，包括：偏振光时域反射计（Polarization Optical Time Domain Reflectometry）、拉曼光时域反射计（Raman Optical Time Domain Reflectometry）以及布里渊光时域反射计/分析仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry / Analysis）等。其中，POTDR技术是通过检测光纤中偏振态的变化来达到分布式传感的目的。当光纤所处的外界环境发生变化，会对光纤的局部折射率分布形成调制，导致瑞利散射光的偏振态发生变化，通过检测偏振态的变化及光信号的延迟就可以实现对外界环境的传感。ROTDR是基于光纤中的非弹性碰撞拉曼散射效应实现的分布式传感，拉曼散射会发生频率漂移，其中相对于入射光发生频率上移的反斯托克斯拉曼散射光会随温度变化而发生显著的变化，但是发生频率下移的斯托克斯光则受温度变化影响甚微，所以只要探测出它们的光强，利用公式即可实现对温度的监测。BOTDR/A是基于光纤中的非弹性碰撞布里渊散射效应实现的分布式传感，常用的技术包括基于自发布里渊散射的BOTDR技术和基于受激布里渊散射的BOTDA技术，光纤中的布里渊散射光相对于泵浦光有一个频移，称为布里渊频移，当光纤所处环境的温度变化或受到应力作用时，会引起布里渊频移量及布里渊散射光能量的变化，所以通过测量布里渊散射光的频移和强度变化就可以得到传感光纤感受到的温度和应变。

 以上几种传统的分布式传感技术都是通过处理背向散射光得到传感信息的，存在以下不足：

1、在长距离传感中，背向散射光衰减会变得非常严重，甚至淹没在噪声中，大大的限制了传感距离，并且容易产生误差，导致精度下降，系统可靠性降低。为了提高系统的信噪比，可以增加脉冲宽度，以此提高入纤功率，但是增加脉冲宽度会导致空间分辨率的降低。另外为了降低由于信噪比劣化导致的误判事件的发生，常常采取的措施是多次测量，剔出误差，提高准确性，但这是以牺牲时间为代价的，并且有些物理量是稍纵即逝的，这也是很大的一个诟病。

2、都是在单芯光纤中实现的，利用具有单个芯的光纤，对某个事件在同一时间内都只能得到一组传感数据，在长距离传感中，受到噪声的影响，由于单次传感信息量不足，可能会引起误判，多次测量则可能由于中途延误导致错失对环境参数变化的捕捉，精度低，可靠性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述传统分布式光纤传感技术存在的问题而提供一种基于多芯光纤的空分复用方法，在对待测量环境参量实现长距离分布式传感的同时还实现多重传感及多维传感，使得多芯光纤对环境的传感更立体化、更精确化，使采用本发明提出的空分复用方法所构建的分布式传感器更加可靠和智能化。

本发明采用的技术方案是：多芯光纤具有2条以上的n条纤芯，将n条纤芯中的其中两条纤芯分别作为输入、输出纤芯，将剩余的n-2条纤芯依次连接，构成一个只有一个输入口和一个输出口的n条链路通道，n条链路通道传感n组数据。

本发明采用上述技术方案后，与已有技术对比，具有以下优点：

1、采用本发明所述多芯光纤的空分复用方法，从宏观角度来说每个芯处在相同的环境下，每个芯作为独立的传感通道，与多次测量的效果相似，实现了多重传感，提高了准确度。从微观角度来说，每个芯作为一个独立的通道时，它们的空间位置又是不一样的，它们对环境的感知程度也是不一样的，方便判断外界物理量变化的空间分布信息，所以拓宽了传感维度，完成了长距离分布传感的同时又实现了多维的传感。

2、采用本发明所述多芯光纤的空分复用方法，链路通道可以得到多组传感数据，提高了测量的准确度和精度。同时每个芯对于周围环境变化的响应有可能是不一样的，综合分析链路通道的传感信息，可以做到对局部区域的多维感知，方便分析物理变化量的空间分布信息，更加智能化。