[发明专利]多芯光纤、采用该多芯光纤的传感装置及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的多芯光纤和基于该多芯光纤的传感装置，具体涉及一种包含有三个纤芯或三个纤芯以上的多芯光纤，以及基于该多芯光纤的点式或分布式光纤传感装置及其运行方法。

背景技术

中国专利申请号201120130642.5《基于双芯光纤的温度传感装置》的专利揭示了一种温度传感装置，其采用宽带光源、双芯光纤和光谱分析仪，当温度变化时，双芯光纤中两个纤芯之间的距离也会变化，从而导致注入宽带光信号的纤芯耦合到未注入光信号的纤芯的光信号波长的变化，并通过光谱分析仪检测到该变化，从而完成对温度的监测，其结构简单、温度监测范围宽，，但其测试参数单一、仪器昂贵，并且不能实现分布式监测。

现有的分布式或准分布式的光纤传感装置均是以光纤中后向散射光为主的检查装置，包括最常用的光时域反射计（OTDR），光纤拉曼温度传感装置、布里渊散射传感装置和布拉格光纤光栅传感装置，在前三种传感装置中，由于光纤中包含有传感信息的后向散射光相对于入射光很小，一般后向散射光比前向传输光信号的功率小三至六个数量级，所以后向散射光的探测比较困难，为了去除噪声常常需要通过采样积分器很多次处理才能提取微弱的信号，从而使监测设备比较复杂，成本较高、实时性差，且其监测的最大距离较少有超过100公里的；而由布拉格光纤光栅构成的准分布式光纤传感装置虽然反射光信号较强，但其光纤光栅之间的光信号容易相互干扰，所以光纤光栅的数量不多，每根光纤上的光纤光栅的数量最多只有数十个，难以实现长距离的分布式监测。

另一方面，现有的光纤通信技术在飞速的发展，其无中继通信的距离轻松超过数百公里，若再采用掺铒或拉曼光纤放大装置可达上千公里，其主要原因是前向传播的光信号强度远远大于后向散射光信号的，若能有一种基于前向传输时监测光信号变化的分布式传感装置，则可以大幅度的延长分布式光纤监测的距离，然而目前未检索到有这样的装置。

发明内容

本发明揭示了一种多芯光纤以及基于该多芯光纤的传感装置，所述的多芯光纤是具有三个或三个以上纤芯的光纤，如三芯光纤、四芯光纤或五芯光纤等，通过检测全部或部分纤芯内光信号传输的变化，可以达到点式或分布式监测的目的。并且有两个或两个以上的感测纤芯，通过比较两个感测纤芯内传输的光信号的差异，可以消除光源或光信号传输中非待测物理量产生的光功率的波动，从而消除其引入的误差，从而为强度型光纤传感装置的实用化提出了新的解决方法。该光纤传感装置具有使用方便、成本低，具有较好的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多芯光纤，包括光纤的内包层和位于内包层中的纤芯，其特征在于，有至少三个纤芯布设于内包层，其中一个纤芯为传输纤芯，其他纤芯为感测纤芯，每个感测纤芯的长度均不小于传输纤芯的长度，且至少有一个感测纤芯的长度大于传输纤芯的长度。

进一步的，所述的内包层外有外包层，内包层的折射率指数大于外包层折射率指数。优选的，所述的内包层沿光纤径向的截面是非圆对称的缺陷包层。非圆对称的缺陷包层的径向截面可以是矩形、切掉一部分的圆形、椭圆形、多边形等形状，这样可以使传输纤芯内传播光信号时，部分逸出的光信号不会在接近内包层与外包层的边缘部分传播而被消耗掉，而是被反射并穿过传输纤芯或感测纤芯，其最终大部分被纤芯所捕获，从而减小了光信号传输的衰减。

优选的，所述的感测纤芯以螺旋体形状布设于内包层中。进一步的，所述的感测纤芯以螺旋体形状围绕传输纤芯布设，所述的传输纤芯位于感测纤芯形成的螺旋体的轴向中心位置。优选的，所述的传输纤芯位于整个光纤纵向的轴心位置。

优选的，所述的各个感测纤芯距传输纤芯的距离不同。从而使不同的感测纤芯在相同的待测物理量的位置获取不同的光信号大小，两者的比较，可以消除由于光源或其他非待测物理量造成的光信号大小波动而引入的误差，从而使强度型光纤传感装置的测试结果更准确和实用。

进一步的，至少有两个所述的感测纤芯的折射率指数不同。使不同的感测纤芯捕获光信号和束缚光信号的能力不同，为消除测试误差提供了方便。优选的，至少有两个所述的感测纤芯的芯径不同。

进一步的，所述的多芯光纤是由高分子材料构成的光纤、由多组份玻璃构成的光纤、氟化物玻璃构成的光纤或石英玻璃构成的光纤。