[发明专利]一种光时域反射装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体的说，涉及一种光时域反射仪的光学装 置。主要应用于安全监控、信息自动化等方面，包括但不限于交通、市政等基础 设施建设领域，电力、石油、煤炭等能源领域，石油化工、有色金属等重化工业 领域。

背景技术

近年来，随着光纤传感市场的不断升温，以光纤的拉曼效应和布里渊效应为 基础的光纤传感器由于有探测点连续分布、不受电磁干扰、探测距离远等一系列 优点在光纤传感领域得到了越来越广泛的应用。

光纤传感器利用拉曼散射光在光纤中的不同位置回传的强度和时间不同定位温 度和位置，这样的装置称为ROTDR(Raman Optical Time-Domain Reflectometry)。 如图2所示。同样以布里渊效应为原理的OTDR称为BOTDR(Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry)。以下均以拉曼效应为例说明，BOTDR同样原理和 光路，只是波长不同而已。

脉冲信号光入射进入光纤，在光纤中产生拉曼散射光，分为斯托克斯分量和 反斯托克斯分量，如图3所示。不同的应力导致两个分量的比值不一样，这样通 过这两个分量的比值可以检测光纤处的应力。不同的位置达到探测器处的时间不 同，这样通过返回时间的长短可以分辨应力发生变化对应的距离。

为了取得斯托克斯分量和反斯托克斯分量，常见的方法用光耦合器将斯托克 斯分量和反斯托克斯分量同时取下，再将这两个分量输入一分二的光耦合器，在 耦合器的两个输出端口分别用光滤波器分离斯托克斯分量和反斯托克斯分量，再 将两个分量分别用光纤耦合至光探测器。这种方法最大的缺点是插入损耗很大。 针对这一问题，人们提出了新的方法，用波分复用器代替耦合器，这样减小的插 入损耗。但是，在实际使用中脉冲光信号是单模光纤输入，而传感光纤通常是多 模光纤，这样就存在模式不匹配的问题，也同样导致插入损耗的增加，导致传感 检测的范围和精度下降。

因此，有必要对现有技术进行改进，设计一种能减小耦合损耗、提高检测灵 敏度、结构紧凑的光时域反射仪组件。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种光时域反射装置。降低了插损，提高了检测 范围和灵敏度，并且实现了小型化。

本发明是通过以下具体方案实现的：

一种光时域反射装置，该装置包括第一光纤、第一透镜、第一光学滤波器、 第一光探测器，其特征在于：第一光纤端面在第一透镜前轴线上，第二光纤端面 在第二透镜后轴线上，第三透镜置于第二光探测器的一端，第四透镜置于第一光 探测器的一端，第一光学滤波器置于第一透镜后，并与反射光成角度，第二光学 滤波器置于第四透镜和第一光探测器前，与从第一光学滤波器反射过来的光成角 度，第三光学滤波器置于第三透镜和第二光探测器前。

所述的第一光学滤波器与反射光的角度为10-15度。

所述的第二光学滤波器与反射光的角度为10-15度。

所述的第三光学滤波器与入射光的角度为小于12度。

整个结构采用自由空间耦合的方式完成，如图1中，第一光纤端面在第一透 镜前轴线上，第二光纤端面在第二透镜后轴线上，完成光从光纤到空间的耦合和 空间到光纤的耦合；第三透镜置于第二光探测器的一端，第四透镜置于第一光探 测器的一端，分别完成斯托克斯光和反斯托克斯光耦合到探测器中，完成光信号 转换成电信号的功能；第一光学滤波器置于第一透镜后，并与反射光成一定角度， 满足反射光从第二光纤经过第二光学透镜抵达第一光学滤波器后反射至下端的 光探测器装置；第二光学滤波器置于第四透镜和第一光探测器前，与从第一光学 滤波器反射过来的光成一定角度，满足部分频率的光透过第二光学滤波器经过第 四透镜耦合到第一光探测器中，同时，部分频率的光从第二光学滤波器反射；第 三光学滤波器置于第三透镜和第二光探测器前，满足从第二光学滤波器反射过来 的光经过第三光学滤波器后，部分频率透射并经过第三透镜耦合到第二光探测器 中。

一种使用自由空间的方式实现ROTDR的方法，实现了光源的入射和拉曼反 射光信号分离和检测。在光源的输入端口、入射进入传感光纤、接收反射光信号， 利用波长分离分光膜片实现拉曼反射信号的分离和监测。