CN109406103A - 一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置，由宽带光源，光隔离器，光纤耦合器，FC光纤连接器，光纤干涉环，光电探测器，放大器，示波器，金属棒，电源及负载组成。涂覆有磁流体的光纤缠绕光纤干涉环被套进玻璃套管，金属棒置于干涉环内，光源发出的光通过光纤传输到光隔离器进入耦合器，分成两列光波按顺、逆时针方向经连接器传播，通向缠绕在干涉环的光纤产生干涉，信号通过探测器输出到示波器，观察探测器和示波器检测光缆损伤情况；改变负载来改变金属棒中的电流，引起干涉环周围磁场和磁流体的排布变化，导致光纤干涉环表面的有效折射率和干涉条纹改变，通过示波器读数感知电流变化。
Description
本发明属于光缆检测技术领域，具体涉及一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置。
背景技术
光纤光缆的创造与应用是人类发展历史中的一大壮举，在过去的40年里，我国光纤光缆蓬勃发展，但随之光缆的检测和识别问题也越发重要。白光干涉采用的是非相干的宽带光源，虽然相干长度非常短，但它的优点是有一个明显的零级干涉条纹，这个条纹的位置对应的就是零光程差位置，提供了测量的参考点。光源在稳态状态下经过光纤萨格纳克干涉仪后，形成的两列光波以不同的方向在同一根光线中传播，没有产生光程差，可以实现对光缆的测量。光电探测器是能将光信号转化为电信号的光电器件,它的工作原理是基于光电效应,利用这个特性可以进行显示及控制的功能,光电探测器可以用来代替人眼,且具有光谱响应范围宽,灵敏度高,稳定性好的特点,已经被广泛应用。由于需要稳定的光源确保检测准确，引入光隔离器防止被反射回的光对光源造成影响，使检测结果更准确，且使用方便，提高光波传输效率。由于光学材料具有电特性，即光纤折射率受到电磁场影响，随着电流的变化而相应的变化，再利用光纤干涉技术对光缆进行检测，具有结构简单、体积小等优点，在传感领域有很大的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于以光纤萨格纳克干涉为主要结构，以白光干涉和电流传感为基础，及光隔离器的优点，对光缆进行损伤检测。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置，由宽带光源(1)，光隔离器(2)，光纤耦合器(3)，FC光纤连接器(4)，光纤干涉环(5)，光电探测器(6)，放大器(7)，示波器(8)，金属棒(9)，电源(10)及负载(11)组成；其特征在于：光纤干涉环(5)被套进玻璃套管(12)，并且光纤上涂敷有磁流体(13)，金属棒(9)置于光纤干涉环(5)内，宽带光源(1)发出的光通过光纤传输到光隔离器(2)进入光纤耦合器(3)，后被分成顺时针和逆时针方向的两列光波分别经FC光纤连接器(4)传播，通过缠绕在光纤干涉环(5)的光纤，两列光波在光电探测器(6)表面产生干涉，干涉信号被光电探测器转换为电信号再通过放大器(7)后将波形显示到示波器(8)，如果光纤干涉环(5)上的光缆发生损伤，则干涉条纹发生变化，则光电探测器(6)的干涉信号发生变化，相应的示波器(8)上的信号也将发生变化；当金属棒(9)中的电流通过改变负载(11)而改变时，光纤干涉环(5)周围磁场环境发生变化，磁流体(13)的排布发生变化，从而导致光纤干涉环(5)表面的有效折射率发生变化，导致干涉条纹发生变化，通过示波器(8)读数可以感知电流变化。解决了传统光缆检测中对光缆造成损伤，减少光纤通信、网络管理维修和保养的成本。
本发明的工作原理是：基于光纤萨格纳克干涉的干涉特性，从光源发出的光，经过光隔离器后通过耦合器分成顺时针和逆时针两束光，最后再次经过耦合器到达光探测器。
设在PD探测器的表面所得到的光强为：
其中：是PD探测到电场强度的复振幅；α是耦合器附加损耗，定义α＝总输出光功率/总输入光功率；k1、k2为实常数(顺时针、逆时针光路传播损耗系数)；τ为顺时针、逆时针光路的时间延迟。
通常可以近似的认为顺时针和逆时针光路光纤的损耗接近，即k1＝k2＝k，则上述式可化简为：
其中式中，n0为光纤芯的折射率；ΔS1、ΔS2分别表示从耦合器出来的两列光束受到外应力影响而发生的光程变化。
光在光纤中传播所走过的光程S为：S＝n0L。当光纤在外界作用下发生形变而导致的光程改变为：
ΔS＝n0ΔL+LΔn0
其中ΔL为光纤长度的改变，Δn0为光纤折射率的变化。光纤长度的改变为：
AL＝Lε
式中ε为光纤的应变值。
所以当光缆未收到外界应力作用的情况下，零级条纹在干涉条纹的中央，具有最大的振幅，对应于顺时针光路和逆时针光路相等处。当受到外界应力作用导致光程变化时，白光干涉中心条纹的位置将发生移动。
附图说明
图1是一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置，由宽带光源(1)，光隔离器(2)，光纤耦合器(3)，FC光纤连接器(4)，光纤干涉环(5)，光电探测器(6)，放大器(7)，示波器(8)，金属棒(9)，电源(10)及负载(11)组成；其特征在于：光纤干涉环(5)被套进玻璃套管(12)，并且光纤上涂敷有磁流体(13)，金属棒(9)置于光纤干涉环(5)内，宽带光源(1)发出的光通过光纤传输到光隔离器(2)进入光纤耦合器(3)，后被分成顺时针和逆时针方向的两列光波分别经FC光纤连接器(4)传播，通过缠绕在光纤干涉环(5)的光纤，两列光波在光电探测器(6)表面产生干涉，干涉信号被光电探测器转换为电信号再通过放大器(7)后将波形显示到示波器(8)，如果光纤干涉环(5)上的光缆发生损伤，则干涉条纹发生变化，则光电探测器(6)的干涉信号发生变化，相应的示波器(8)上的信号也将发生变化；当金属棒(9)中的电流通过改变负载(11)而改变时，光纤干涉环(5)周围磁场环境发生变化，磁流体(13)的排布发生变化，从而导致光纤干涉环(5)表面的有效折射率发生变化，导致干涉条纹发生变化，通过示波器(8)读数可以感知电流变化。解决了传统光缆检测中对光缆造成损伤，减少光纤通信、网络管理维修和保养的成本。
本发明的工作原理是：基于光纤萨格纳克干涉的干涉特性，从光源发出的光，经过光隔离器后通过耦合器分成顺时针和逆时针两束光，最后再次经过耦合器到达光探测器。
设在PD探测器的表面所得到的光强为：
其中：是PD探测到电场强度的复振幅；α是耦合器附加损耗，定义α＝总输出光功率/总输入光功率；k1、k2为实常数(顺时针、逆时针光路传播损耗系数)；τ为顺时针、逆时针光路的时间延迟。
通常可以近似的认为顺时针和逆时针光路光纤的损耗接近，即k1＝k2＝k，则上述式可化简为：
其中式中，n0为光纤芯的折射率；ΔS1、ΔS2分别表示从耦合器出来的两列光束受到外应力影响而发生的光程变化。
光在光纤中传播所走过的光程S为：S＝n0L。当光纤在外界作用下发生形变而导致的光程改变为：
ΔS＝n0ΔL+LΔn0
其中ΔL为光纤长度的改变，Δn0为光纤折射率的变化。光纤长度的改变为：
ΔL＝Lε
式中ε为光纤的应变值。
所以当光缆未收到外界应力作用的情况下，零级条纹在干涉条纹的中央，具有最大的振幅，对应于顺时针光路和逆时针光路相等处。当受到外界应力作用导致光程变化时，白光干涉中心条纹的位置将发生移动。
本发明的有益效果是：本发明的设计中以光纤萨格纳克干涉为主要结构，以白光干涉和电流传感为基础，及光隔离器的优点，对光缆进行无损伤检测。具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。
Claims (1)
1.一种基于白光干涉的光缆损伤识别及电流传感装置，由宽带光源（1），光隔离器（2），光纤耦合器（3），FC光纤连接器（4），光纤干涉环（5）， 光电探测器（6），放大器（7），示波器（8），金属棒（9），电源（10）及负载（11）组成；其特征在于：光纤干涉环（5）被套进玻璃套管（12），并且光纤上涂覆有磁流体（13），金属棒（9）置于光纤干涉环（5）内，宽带光源（1）发出的光通过光纤传输到光隔离器（2）进入光纤耦合器（3），后被分成顺时针和逆时针方向的两列光波分别经FC光纤连接器（4）传播，通过缠绕在光纤干涉环（5）的光纤，两列光波在光电探测器（6）表面产生干涉，干涉信号被光电探测器（6）转换为电信号再通过放大器（7）后将波形显示到示波器（8），如果光纤干涉环（5）上的光缆发生损伤，则干涉条纹发生变化，则光电探测器（6）的干涉信号发生变化，相应的示波器（8）上的信号也将发生变化；当金属棒（9）中的电流通过改变负载（11）而改变时，光纤干涉环（5）周围磁场环境发生变化，磁流体（13）的排布发生变化，从而导致光纤干涉环（5）表面的有效折射率发生变化，导致干涉条纹发生变化，通过示波器（8）读数可以感知电流变化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190301 |