[发明专利]基于非对称分布反馈技术的传感器

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种动态应变、振动、声波传感器的传感装置，尤其涉及一种基于非对称分布反馈光纤激光器(NADFB-FL)技术的传感器。

(二)背景技术

振动传感器正被广泛应用在国民经济的各部门，然而，电子基的振动传感器体积大，易受电磁干扰，传感部件有电流与电压的存在，这大大限制了其应用范围，例如大型机电设备在工作时会产生强电磁场及存在易燃、易爆气体的场所，因此体积小、抗电磁干扰能力强、易于多点复用、传感元件不需带电的光纤振动传感器正成为研究的热点。早期的光纤振动传感器都基于光学无源设计，大致分强度型、光纤干涉仪型、光纤光栅型(FBG)，这些技术极大的推动了声波探测技术的发展，也存在着精度较低、抗外界干扰差等方面的问题。上世纪90年代发达国家的研究人员迅速开发出了分布反馈光纤激光(DFB-FL)型声波传感器，具有比较高的灵敏度，大的动态范围、非常小的体积，它还能很方便利用成熟的C波段波分复用系统组成阵列，这为基于光学有源设计的光纤振动传感器的研究奠定了基础，如2004年12月份刊的《光机电信息》杂志第8页所提的DFB激光器既是此类用作光纤振动传感器的器件。但是由于传统的对称分布反馈光线激光型声波传感器它两端输出光强的对称性，使得有相当一部分光信号损失掉，效率比较低，灵敏度也有提高的潜力，体积也有减小的可能。

(三)发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种基于非对称分布反馈技术的传感器。

一种基于非对称分布反馈技术的传感器，它包括泵浦源，谐振腔，以及连通泵浦源和谐振腔的耦合器，以及与耦合器相连接的解调光路，其特征在于所述谐振腔是非对称分布反馈谐振腔。

所述泵浦源为980nm半导体激光器。

所述耦合器为波分复用耦合器。

所述解调光路包括与波分复用耦合器连接的马赫-贞德(Mach-Zenhder)干涉仪，以及与其相连的密集波分复用(DWDM)模块。

上述波分复用即将不同的频率放在一个单纤通道里边，叫波分复用单纤多通道，为光通讯领域术语。

本发明在使用时，980nm泵浦光通过波分复用耦合器(WDM)耦合至工作波长在C波段各个波长λ1、λ2、…λn的非对称分布反馈(NADFB)传感器谐振腔，由于外界声波会影响谐振腔的腔长，使得输出光信号的波长有一个微小的变化，这样受到泵浦的非对称分布反馈光纤激光传感器发出包含有振动信息的λ1、λ2、…λn的信号光，信号光进入马赫-贞德(Mach-Zenhder)干涉仪对波长信号解调，信号解调后进入密集波分复用系统(DWDM)将各波长分开，各波长的光信号分别进入相应探测器转化成电信号，经数据采集系统分析出振动信号，这样通过密集波分复用(DWDM)技术实现传感器的阵列组成。参照国际电信联盟(ITU)在C波段波分复用波长间隔设计32波长的非对称分布反馈光纤激光传感器(NADFB-FL)，可以实现单光纤32只传感器的复用。

本发明实现了基于非对称分布反馈光纤激光器(NADFB-FL)技术的声波振动传感器。它利用声波对谐振腔的扰动改变激光器输出波长拾取声波信号，非对称型谐振腔可有效改善分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的输出特性。波长型传感方式克服了光回路损耗的变化带来的噪声，非对称分布反馈光纤激光(NADFB-FL)传感器的输出波长单色性可以做的非常好(线宽可小于20K Hz)，因此，这种传感器具有极高的分辨率(可达100uPa)，通过适当的封装技术和解调方法可使它具有极高的灵敏度，成熟的波分复用技术使这种传感器非常容易组成阵列，NADFB-FL水听器阵列的体积和重量在相同探测能力下可以减小到压电陶瓷阵列的百分之一。它将大大提高现有对称分布反馈光纤激光传感器(DFB-FL)的灵敏度，应用对“采取静音措施”，的水下武器的探测，也能广泛应用于海洋石油勘探等领域。非对称分布反馈光纤激光(NADFB-FL)传感器的发明能大大促进光学有源传感领域的发展。

非对称分布反馈谐振腔的原理及其制作工艺：