[发明专利]一种微结构光纤传感网络及构建方法

说明书

本发明公开了一种微结构光纤传感网络及构建方法，一个DWDM对应待测物质的两个吸收峰波长，DWDM的利用率更高，当通道数量较多时网络搭建成本大幅降低。另外，本发明选取待测物质最强的两个吸收峰波长进行传感，实现了全部通道的高灵敏度传感。本发明的通道数量不受待测物质吸收峰波长数量的限制，可根据需求拓展通道数量。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种微结构光纤传感网络及构建方法。

背景技术

光纤传感已经步入了高速发展阶段，且逐步向小型化、网络化、高灵敏度、高分辨率等方向发展。光纤传感技术提升的一个重要方式就是要让信号光与待测参量充分作用实现光波的调制。因此研究者们开始不断设计和研究各种光纤结构来满足信号光与待测参量充分作用，并实现对待测参量的高敏感性，如光栅、光纤拉锥等。但在新一轮的发展中，微结构光纤由于其独特的多孔结构而备受关注，通过在空气孔中直接填充待测物质或者填充对待测参量敏感的物质来让待测参量与光波直接接触，既不需要去除光纤的包层而损失光纤的韧性，同时也增强了光信号与待测参量之间的相互作用，提升了敏感性。

有源内腔光纤传感器是以光纤激光器为基础，将调制器置于光纤激光腔内部，充分利用光纤激光器高信噪比和窄线宽的特性实现高灵敏度、高分辨率、高信噪比传感，同时也有利于实现光纤传感器的远程遥感和组网研究。激光与具有一定吸收特性的物质相互作用时，可以根据激光功率和光谱的变化实现物质吸收强度的测量和物质类别的鉴定。传统的检测方法将激光入射到待测物质上，直接测量激光的功率或光谱。如果激光与物质只作用一次，会限制物质检测的灵敏度，不利于实现吸收强度较小的物质检测。而有源内腔传感技术将待测物质放置在激光器的谐振腔内部，激光在谐振腔内的往返增益的过程中增加了物质与激光相互作用的有效长度，从而可以极大地提高物质检测的灵敏度，尤其是在较低浓度气体检测方面体现出了强大的优势。

目前，基于有源内腔的多通道微结构光纤传感网络大致可以分为两种：一种是基于波分复用原理根据待测物质吸收峰的数量(M路)选取对应的合路器(M路)，然后每一路分别连接不同吸收峰对应的密集波分复用器(DWDM)，最终实现M通道的传感；另一种是基于时分复用原理，根据待测物质吸收峰的数量(M个)选取对应的光开关(M路)，然后每一路分别连接不同吸收峰对应的DWDM，最终实现M通道的传感。这两种方法实现的多通道传感均为一个DWDM对应一个吸收波长，该方法器件利用率较低、增加了使用成本，且每种物质都只有少数几个较强的吸收峰，其余的吸收峰均较弱，较弱的吸收峰用于传感时灵敏度较低，此外，通道数量受限于待测物质吸收峰的数量，通道拓展能力有限。

综上，要更好实现多通道微结构光纤传感网络系统，需采用器件利用率更高、灵敏度更高和通道拓展能力更强的系统搭建方式。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种微结构光纤传感网络及构建方法，基于时分复用和波分复用相结合，通过光开关和电压梯度法对于F-P滤波器的精准控制，将一个DWDM与两个最强吸收峰对应波长的匹配实现高灵敏度传感，同时也可以根据传感点位的需求来灵活选择不同通道数量的光开关，最终实现多通道微结构光纤传感网络的搭建。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微结构光纤传感网络构建方法，选用半导体激光器作为泵浦源；将半导体激光器与滤波型波分复用器相连，滤波型波分复用器能够将半导体激光器射出的泵浦光送至掺铒光纤中，且能够将循环过程中产生的反馈光持续送入光路中；选用光纤F-P滤波器作为选频器件连接于所述掺铒光纤，用于滤光并扫描输出波长，所述光纤F-P滤波器连接于精密电源模块，所述精密电源模块接入电脑控制系统，电脑控制系统可控制精密电源模块加在光纤F-P滤波器的电压，实现对光纤F-P滤波器输出波长的控制；采用时分复用和波分复用技术，通过一个1×N的光开关和N个密集波分复用器，将传感通道数量拓展为2N个传感通道；