[实用新型]一种分布式传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感器领域，特别涉及一种分布式传感器。

背景技术

瑞利散射是光纤材料的固有特性，当短光脉冲注入传感光纤并沿着传感光纤向前传播时，所到之处将发生瑞利散射，是光时域反射仪(OTDR)工作的理论基础。利用OTDR分布式光纤传感系统，可以测量整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光纤链路上任何位置的事件，例如光纤链路中熔接、连接器、弯曲等形成的缺陷等，是光纤光缆生产、施工、维护中不可缺少的仪器。

目前基于OTDR对温度和应力进行分布式传感的装置，有如下两个问题：1、一般需要外接一个专门的OTDR仪器，现在主流的厂家有美国PK(PhotonKinetics)、日本安立(ANRITSU)、美国激光精密(GN Nettest)、爱立信(Ericsson)、EXFO等，然而其成本都比较昂贵；2、传感光纤一般是普通商用的单模光纤或多模光纤，其对温度和应力的敏感性不是特别好。

为此，研究一种传感能力强且成本较低的分布式传感器具有重要的实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种分布式传感器，该传感器无需使用昂贵的OTDR仪器，通过采用一信号采集处理模块和脉冲发生器，即可实现传感光纤发生瑞利散射，进而进行传感，具有系统组装简便、成本低且传感能力强的优点。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种分布式传感器，包括脉冲发生器、激光光源、光纤环行器、传感光纤、光电转换模块、信号采集处理模块，其中，脉冲发生器的输入端口与信号采集处理模块的脉冲输出端口相连接，信号采集处理模块控制脉冲发生器产生规则的电脉冲信号；脉冲发生器的输出端口与激光光源的输入端口连接，激光光源在电脉冲信号的驱动下产生相应的激光脉冲信号；激光光源的输出端口、传感光纤、光电转换模块的输入端口均通过光纤分别与光纤环行器的端口连接，激光光源产生的激光脉冲信号经过光纤环行器耦合到传感光纤中，背向瑞利散射光沿传感光纤经过光纤环行器的出射端口进入光电转换模块；光电转换模块的输出端口与信号采集处理模块相连接。

本实用新型通过信号采集处理模块、脉冲发生器的共同作用，使得激光光源产生相应的激光脉冲信号，利用电信号的强度随时间的变化可表征检测到的背向瑞利散射光的光功率随时间的变化，进而得到传感光纤沿途的待测环境参数，实现了光纤的分布式传感。

优选的，所述传感光纤采用一塑料包层光纤，塑料包层光纤芯层材料是二氧化硅，包层材料是有机硅。这种光纤对温度和应力的感知能力比传统的单模光纤要高，并且还可用于油性液体或挥发性有机气体的测量，可以提高传感器的传感能力。

优选的，所述信号采集处理模块包括FPGA主控芯片、脉冲输出端口、信号采集模块，所述信号采集模块的输入端与光电转换模块的输出端口相连，输出端与FPGA主控芯片相连，FPGA主控芯片通过脉冲输出端口与脉冲发生器相连。从而可利用FPGA并行计算特点，提高信号处理速度，降低成本。

优选的，所述激光光源采用脉冲激光光源。

优选的，所述光电转换模块包括依次相连的雪崩光电二极管(APD)、放大电路以及滤波电路。从而可在信号噪声比较小的前提下，尽量提高光电转换信号的幅度。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型通过采用信号采集处理模块控制脉冲发生器产生规则的电脉冲信号，以此来驱动激光光源产生相应的激光脉冲信号，当激光脉冲信号在塑料包层光纤中传输时，由于外界环境(例如温度、压力、油性液体或者挥发性有机气体)的变化，都将改变塑料光纤包层和芯层之间的有效折射率差，从而导致该点处光纤的损耗发生改变，从而实现对光纤沿线的待测参量的分布式检测，相比于现有传感器，具有系统结构简单，设备成本低的优点。

2、本实用新型中提出采用一种塑料包层光纤，塑料包层光纤芯层材料是二氧化硅，包层材料是有机硅，利用塑料包层光纤的背向瑞利散射效应来实现分布式光纤传感。由于塑料包层光纤的材料特性，其对温度和应力的敏感性比现有技术中所用的普通光纤的敏感性高，并且还可用于油性液体或挥发性有机气体的测量，提高了光纤对周围环境的感知能力，提高了系统测量灵敏度。