[发明专利]准分布式温度传感系统的信号解调方法

说明书

本发明公开了一种准分布式温度传感系统的信号解调方法，包括有：宽带光源、光隔离器、光环形器、光纤耦合器、单模光纤、聚合物微腔填充微结构光纤传感器、光谱分析仪及计算机，其中，宽带光源经光隔离器与光环形器连接，光环形器的输出端口与光纤耦合器的一端连接，光纤耦合器有多个输出接口，该多个输出接口经单模光纤后分别与多个聚合物微腔填充微结构光纤传感器连接，光环形器的另一个输出端口与光谱分析仪输入端连接，得到多个监测位点的温度信息。本发明具有多节点分布式传感、快速响应、灵敏度高、系统简单稳定、低成本等特点。

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体是指一种基于聚合物微腔填充微结构光纤的准分布式温度传感系统及其信号解调方法。

背景技术

温度监测对于电力系统、石油矿井、桥梁建筑、海底光缆等重大工程的健康运行有着至关重要的作用。对这些工程设施开展分布式在线温度监测，尽早得到其内部温度变化规律并评估其危险情况，是保障这些设施安全运行的迫切需求和发展趋势。光纤传感作为一种非常有效的分布式在线温度监测方法，得到了诸多国家的高度重视。

相比于传统光纤，微结构光纤或光子晶体光纤是一种横截面为二维周期空气孔结构的光子晶体，基于带隙效应将光限制在实心或空心纤芯内传播。空气孔的引入使得微结构光纤拥有丰富的光学特性，为温度传感提供了优良的传输和传感媒介，其中选择性填充微结构光纤温度传感最为瞩目。然而，选择性填充微结构光纤温度传感还面临着众多因素的制约，如(1)定向耦合匹配条件复杂，需要精确控制填充材料及微结构光纤结构参数；(2)填充材料部分属性(如高损耗、有害性、不稳定性等)限制了微结构光纤温度传感的应用；(3)复杂空气孔设计增加了器件制备难度；(4)对于工程应用中普遍关注的分布式温度监测方面还缺乏足够的探索。

发明内容

为解决现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于聚合物微腔填充微结构光纤的准分布式温度传感系统及其信号解调方法，其中传感阵列由聚合物微腔填充微结构光纤构成，信号解调方法基于最小方差无失真响应算法构建，具有多节点分布式传感、快速响应、系统简单稳定、灵敏度高、系统简单稳定、低成本等特点。

本发明的第一个目的是提供一种基于聚合物微腔填充微结构光纤的准分布式温度传感系统，其技术方案包括宽带光源、光隔离器、光环形器、光纤耦合器、单模光纤、聚合物微腔填充微结构光纤传感器、光谱分析仪及计算机，其中，宽带光源经光隔离器与光环形器连接，光环形器的输出端口与光纤耦合器的一端连接，光纤耦合器有多个输出接口，该多个输出接口经单模光纤后分别与多个聚合物微腔填充微结构光纤传感器连接，光环形器的另一个输出端口与光谱分析仪输入端连接，光谱分析仪的输出端与计算机连接，在计算机内进行信号解调；所述的光隔离器仅允许从所述的宽带光源至所述的光环形器方向的光通过，同时阻止从所述的光环形器至所述的宽带光源方向的光通过；

其中，所述的光纤耦合器为多等份分光耦合器，即将输入光均分为强度相同的多份输出光。

其中，所述的光谱分析仪的光谱响应范围覆盖所述的多个聚合物微腔填充微结构光纤传感器干涉信号的光谱范围。

本发明的第二个目的是提供一种聚合物微腔填充微结构光纤传感器，由所述聚合物微腔填充微结构光纤传感器由微结构光纤和聚合物微腔构成，其中，微结构光纤为空气芯光子带隙光纤或空心光纤，聚合物微腔材料为聚甲基丙烯酸甲酯或者聚二甲基硅氧烷，构成法布里-珀罗干涉腔，每个聚合物微腔的长度L各不相同，即该各个聚合物微腔构成干涉腔的干涉信号频率各不相同。

其中，所述的聚合物微腔填充微结构光纤传感器还包括有环氧树脂胶，该环氧树脂胶用于封装所述的聚合物微腔的一端，另一方面用于将所述的聚合物微腔填充微结构光纤传感器固定在监测位点上。

本发明的第三个目的是提供一种基于所述的准分布式温度传感系统的信号解调方法，包括：