专利名称：提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法及光纤干涉结构的制作方法
提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法及光纤干涉结构技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种提高单芯反馈式光纤传感技术监测 距离的方法及光纤干涉结构。
背景技术：
随着科学技术的发展，安全防范的重要性越显突出，一些重要的军事保密部门、军 事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越高。光纤传感技 术的崛起与发展为这些应用需求提供了更有吸引力的解决手段。当今，越来越多种类的光 纤技术应用到安全防范技术中，它有许多特点和优点是传感端无需供电，抗干扰性强、可 靠性高；隐蔽性好、防探测；易于安装和维护，可实时在线监测。在布式定位监测的实际应 用中，长距离的线路越来越多，长达几十甚至上百公里，这对测量距离提出了更高的要求， 如何提高光纤监测系统的距离是光纤传感领域一个热衷的课题。
单芯反馈式光纤干涉结构在安全防范的应用中占有重要的地位，如
图1所示，它 的特点是传感段，光纤1，只需单根光纤，在该光纤1的末端接一反馈装置3，如反射镜。图1 中，光纤干涉组件4和感应光纤，反馈装置3共同构成完整的干涉光路，2是光纤1上的一 扰动点。由于从物理结构上来说，单芯反馈式结构中的感应光纤不需要闭合形成环路，可以 沿着需要布设的区域自由延伸，因而使用方便，环境适应性强。
图2为一种具体的单芯反馈式光纤干涉结构。光纤干涉组件4由光纤分路器6、光 纤分路器7、光纤延迟线5构成。光从光纤分路器6的端口 6a输入，干涉信号可从端口 6a 或它的同向端口 6b、76c处获取。
图2的结构可用于光纤分布式定位监测。设外界2点有一扰动，对光相位产生的 调制为 柳,当光先后两次经过扰 动点2，相位受到的调制为
权利要求
1.一种提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法，其特征在于具体步骤为在一 个共同的光纤干涉组件上接入两个相互独立的光纤，这两根光纤共享光纤干涉组件中的光 路，使每根光纤及其尾端的反馈装置同光纤干涉组件分别构成完整的干涉结构，这两个干 涉结构形成的干涉信号都从干涉组件的共同端口输出；在其中一根光纤上串接一相位调制 装置，从该相位调制装置给光路施加调制信号，通过调制信号的工作点的选择，使这一路光 纤产生的干涉信号与另一路光纤产生的干涉信号分开。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述两个相互独立的光纤为第一光纤(1) 和第二光纤(8)，它们共用一个光纤干涉组件，在第二光纤(8)的光路上串接一相位调制装 置(10)，在该相位调制装置上施加正弦调制信号，第二光纤(8)的尾端有第二反馈装置(9); 第一光纤(1)的尾端有第一反馈装置(3);光从光纤干涉组件(4)的端口输入，第一光纤(1) 产生的干涉信号与第二光纤(8)产生的干涉信号都从光纤干涉组件的共同端口输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于通过施加在相位调制装置(8)上的调制信 号工作点的选择将从光纤干涉组件共同端口输出的干涉信号分开，具体工作点的选择方法 如下第一光纤(1)产生的干涉信号随干涉相位差变化部分 f表示为(4)其中，A是幅度，为常数，为干涉结构的初始相位，Δ我为由第一光纤(1)感应的外 界信号产生的相位差；设调制器施加正弦载波信号，频率为,第二光纤(8)产生的干涉信 号随干涉相位差变化部分巧表示为P2 = P2 cosffe + Αφ2 + φ^ cos(20)](5)其中，A是幅度，为常数，Φ位为干涉结构的初始相位，^f2为由第一光纤(8)感应的外界信号产生的相位差；将巧用又阶贝塞尔函数展开，变为(6)上述各分量中，不考虑幅度变化,仅考虑频率分布，J 2 cos(#02 +Αφ2) J0(#m2) 的频谱是在零频率附近；2p2J,A (Ucos ( φ02 ^Αφ2) cos(2N#m0(N=1,3，5，…)是将2^2Jn(42)cos( φ 2 +Κφ2)的频谱从ο频率处移到‘m附近；
4.一种单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于是在一个共同的光纤干涉组件上接入两 个相互独立的光纤组成，这两根相互独立的光纤共享光纤干涉组件中的光路，每根光纤及 其尾端的反馈装置同光纤干涉组件皆可构成完整的干涉结构，这两个干涉结构形成的干涉 信号都从干涉组件的共同端口输出；在其中一根光纤上串接一相位调制装置，从该相位调 制装置给光路施加调制信号，通过调制信号的工作点的选择，使这一路光纤产生的干涉信 号与另一路光纤产生的干涉信号分开。
5.根据权利要求4所述的单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于所述的两个相互独立 的光纤为第一光纤(1)和第二光纤(8)，它们共用一个光纤干涉组件(4)，在第二光纤(8)的 光路上串接一相位调制装置(10)，在该相位调制装置上施加正弦调制信号，第二光纤(8) 的尾端有第二反馈装置(9)；第一光纤(1)的尾端有第一反馈装置(3)；光从光纤干涉组件 的端口输入，第一光纤(1)产生的干涉信号与第二光纤(8)产生的干涉信号都从光纤干涉 组件的共同端口输出。
6.根据权利要求5所述的单芯反馈式光纤干涉结构，其特征在于所述的光纤干涉组件 (11)由第一光纤分路器(12)、光纤延迟线(5)和第二光纤分路器(13)组成；其中，第一光 纤分路器(12)是一 N*M光纤分路器，111为整数，1加1、12&2、…12aN是第一光纤分路器(12)的N个同向端口，12bl、12l32属另一组同向端口 ；第二光纤分路器(13)是一 P*Q光纤 分路器，P、Q为整数，13al、13a2、…13aP是第二光纤分路器(13)的P个同向端口，1北1、 13 属另一组同向端口 ；端口 12bl经光纤延迟线(5)与第二光纤分路器(13)的13bl端口 相连，端口 12 与端口 13 相连；端口 13al与第一光纤(1)相连，第一光纤(1)的末端接 第一反馈装置(3)，端口 13a2与另一路第二光纤(8)相连，在第二光纤(8)的路径上串接相 位调制器(10)，末端接第二反馈装置(9)；相位调制器(10)接第二光纤(8)的任意位置； 第一光纤(1)形成的一对干涉光路为第一光路12bl端口一光纤延迟线(5) — 13bl端口一 13al端口一第一光纤(1)—第 一反馈装置(3)—第一光纤(1)— 13al端口一 13 端口一 12 端口 ；第二光路12 端口一 13b2端口一 13al端口 一第一光纤(1)—第一反馈装置(3)— 第一光纤(1) — 13al端口一 13bl端口一光纤延迟线(5) — 12bl端口 ； 第二光纤(8)形成的一对干涉光路为第一光路12bl端口一光纤延迟线(5) — 13bl端口一 13a2端口一第二光纤(8)—第 二反馈装置(9)—第二光纤(8) — 13a2端口一 13 端口一 12 端口 ；第二光路12 端口一 13 端口一 13a2端口一第二光纤(8)—第二反馈装置(9)— 第二光纤(8)— 13a2端口一 13bl端口一光纤延迟线(5)— 12bl端口 ； 其中，箭头方向表光路走向。
全文摘要
本发明属于光纤传感技术领域，具体为一种提高单芯反馈式光纤传感技术监测距离的方法及光纤干涉结构。本发明是在一个共同的光纤干涉组件上接入两个相互独立的光纤，这两根光纤共享光纤干涉组件中的光路，使每根光纤及其尾端的反馈装置同光纤干涉组件分别构成完整的干涉结构；在其中一根光纤上串接一相位调制装置，从该相位调制装置给光路施加调制信号，通过调制信号的工作点的选择，使这一路光纤产生的干涉信号与另一路光纤产生的干涉信号分开，从而达到监测距离倍增的效果。本发明只施加一个载波，调制参数设置灵活性大，信号分离彻底，易于实现。本发明特别适用于长距离管线监控、大范围光纤周界安防等。
文档编号G02B6/26GK102033226SQ201010574380
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者肖倩, 贾波 申请人:复旦大学