[实用新型]一种基于带状光纤的光栅监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于带状光纤的光栅监测系统，属于传感监测系统技术领域。

背景技术

光纤光栅以其体积小、易于封装、可大规模生产等突出优点而成为光纤传感器家族中的一员，由于是基于无偏振的传输方向相反的模式之间发生耦合而反射特定波长的光纤滤波器，可用于温度、应变等物理量的测量，目前已广泛用于民用建筑、大坝、桥梁、隧道、高压变电站等的健康检测以及复合材料、智能结构的无损检测。与其它类型的传统传感器相比，尽管它的价格比较高，但它的最大优点是其可复用，进行网络化传感。这样使得每个传感器平均价格比较低，因此对大规模传感应用来说，光纤光栅传感网络应该是首选的技术。

在现有的技术中，中国专利CN1828229A(黑龙江大学，余有龙)公开的“基于CPLD的时分复用光纤光栅传感测试系统”200610009939.x，处理电路复杂，能同时监测线路上的所有光纤光栅，但光纤光栅个数不多；中国专利CN1546966A(武汉理工大学，姜德生)公开的“大容量编码式光纤光栅传感监测系统”200310111529.2，使用中心波长1550nm的宽带光源和中心波长1310nm的宽带光源在一个光纤上进行光源复用，在现有光源带宽30-40nm下实现了最大光纤光栅数400，而且结构比较简单，性能比较稳定，但是光纤光栅个数强烈依赖复用的光源宽带。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够用于长距离、大容量的温度和应力、应变监测的基于带状光纤的光栅监测系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于带状光纤的光栅监测系统，包括设有光栅传感阵列、且光栅传感阵列分布着宽带光源中心波长附近的光栅的带状光纤，宽带光源，分支器，环行器，解调器，数据采集控制模块和数据处理计算机，其特征在于：所述宽带光源通过分支器分别与至少两个环行器连接，环行器的输出口分别连接带状光纤中的一支，环行器的返回输出口分别连接一解调器，解调器分别通过导线与数据采集控制模块连接，数据采集控制模块通过计算机插槽或USB接口与数据处理计算机连接。

上述设有光栅传感阵列、且光栅传感阵列分布着宽带光源中心波长附近的光栅的带状光纤为二芯带状光纤或三芯带状光纤。

上述带状光纤上成对的光栅传感阵列是由一个宽带光源划分n个光栅反射谱，取该n个光栅的子集元素依次熔接或直接制作在带状光纤上构成。

上述宽带光源为单宽带光源或双宽带光源。

本方案的优点是：一个宽带光源就能实现长距离、大容量的准分布式测量。按上述一个宽带光源可驱动20个光纤光栅，监测点间隔25m，采用三芯带状光纤的系统，最大监测点数为20×20×20＝8000，距离长达8000×25m＝200km。当然，这么长的监测距离，返回光功率很弱。中心波长1550nm的宽带光源加前置宽带光纤放大器以脉冲方式工作，占空比大于2，脉宽小于10ns，每芯入射的峰值功率小于受激拉曼阈值，大约为1W∽50W(依线路平均损耗情况而定)，工业级探测器的灵敏度在nW级，这样有90dB的动态范围，光纤线路损耗大约在0.2dB/km，理想情况的监测距离为90/0.2/2＝225km。由于熔接损耗不可忽略，显然要加中继放大器才能完成200km的监测距离。由此本系统不仅可应用于长距离、大容量的温度监测，而且还可应用于恶劣环境下的长距离、大容量的应力、应变等的实时在线监测。其原因不仅在于光纤的柔软、抗干扰能力强，集传感与传输于一体，易于制作及埋入材料内部等优点，而且由于光纤光栅还具有偏振无关、波长分离能力强、传感精度和灵敏度极高，绝对数字测量等优点，能进一步集合成分布传感网络系统，可广泛应用于对工程结构的应力、应变等参数的实时、在线、分布式检测，以及对结构缓变、裂缝等结构参数的实时在线监测，使结构能够测量其外部荷载以及结构本身对荷载的响应。

因此，本实用新型资源，如大坝、油气管道、高压变电站等场合的温度以及公路、桥梁、隧道、大型建筑等的应力、应变情况进行长距离准分布式测量。

附图说明

图1是本实用新型二芯带状光纤的光栅监测系统结构示意图；

图2是本实用新型双宽带光源的二芯带状光纤的光栅监测系统结构示意图；

图3是本实用新型三芯带状光纤的光栅监测系统结构示意图。

具体实施方式