[发明专利]一种分布式光纤盐密传感器及传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种分布式光纤盐密传感器及传感方法。

背景技术

早在60年代中期就出现了第一个有关光纤传感器的专利，它包括采用传光束的Fotonic机械位移传感器和采用相位调制的超声波传感器。但是，在更为广阔的领域，即光纤传感技术，取得系列研究却是在10年以后，从那时起光纤技术就突破了那种徘徊不前的状态，进入了一日千里的时代。

光纤传感器的基本原理是：由光源发出的光经过光纤进入调制区，在被测对象的作用下，光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质发生了变化，使它成为被调制了的信号，再经过光纤送入光探测器和电信号处理装置，最终获得待测对象的信息。

盐度是海洋动力学以及海洋与大气相互作用中起关键作用的重要参数。盐度的变化与海洋环境及气候的变化有很强的内在联系。因此，对其精确的检测，对研究海洋学、海洋环境和气候的监测及预测、军事、沿海采油、以及海洋渔业等具有十分重要的实用意义和社会、经济效益。

为了能实时监测海水的盐度，各种盐密传感器应运而生。近年来，在各种盐密传感技术中，光纤盐密传感技术越来越受到关注，其地位变得越来越重要，这是因为相对于其它盐密传感技术而言，光纤盐密传感技术具有大量而突出的优点，例如，传感元件无需电子单元、防燃防爆防腐蚀、灵敏度高、柔性易弯曲、防电磁干扰、可在高温高压下工作、传感器结构简单小巧、易实现远距离信号传输并且信号损耗小等。然而，目前的光纤盐密传感器存在不能定位，并且精度不高等缺点。

发明内容

本发明提供一种分布式光纤盐密传感器及传感方法，以解决现有的光纤盐密传感器不能定位、精度不高的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种分布式光纤盐密传感器，所述分布式光纤盐密传感器包括依次串连的：

光发射单元，用于发射一大功率窄线宽脉冲光信号；

光调制单元，用于传输所述大功率窄线宽脉冲光信号，并产生瑞利散射光信号，所述瑞利散射光信号受到盐密作用发生损耗，产生携带盐密强度分布信息的光信号；

光接收单元，用于接收光调制单元输出的携带盐密强度分布信息的光信号，并将所述光信号转换为电信号；以及

信号处理单元，用于对所述电信号进行处理并获得对应点的盐密强度分布信息。

可选的，所述光发射单元包括依次串连的窄线宽脉冲光源和光放大器，所述窄线宽脉冲光源为一种激光光源，用于输出大功率窄脉冲光信号，所述光放大器对所述窄线宽脉冲光源输出的大功率窄脉冲光信号进行放大。

可选的，所述激光光源为窄线宽脉冲光纤激光器，所述窄线宽脉冲光纤激光器包括输出端及同步信号输出端，所述输出端用于输出大功率窄线宽脉冲光信号，所述同步信号输出端用于输出同步电脉冲信号使所述信号处理单元开始信号采集。

可选的，所述光调制单元包括光纤环形器和传感光纤，所述传感光纤为低损耗传感铅玻璃光纤，所述光纤环形器包括输入端、反馈端及输出端，所述输入端用于输入经光放大器放大的大功率窄线宽脉冲光信号，所述反馈端与所述传感光纤相连，向所述传感光纤注入大功率窄线宽脉冲光信号，所述大功率窄线宽脉冲光信号在所述传感光纤中产生后向散射光，所述后向散射光包括瑞利散射光，所述传感光纤受到盐密的作用使所述瑞利散射光成为携带盐密强度分布信息的光信号，所述携带盐密强度分布信息的光信号再通过所述反馈端传输到所述光纤环形器，并通过输出端定向输出。

可选的，所述光接收单元包括依次串连的雪崩光电二极管高压温控模块、雪崩光电二极管光接收模块及放大匹配电路，所述雪崩光电二极管光接收模块的输入端与所述光纤环形器的输出端相连，用于输入所述携带盐密强度分布信息的光信号，并将所述光信号转换为电信号输出到所述放大匹配电路，所述放大匹配电路将所述电信号进行后级放大，所述雪崩光电二极管高压温控模块与所述雪崩光电二极管光接收模块相连，用于获得所述雪崩光电二极管光接收模块中雪崩光电二极管的恒增益电压控制。

可选的，所述雪崩光电二极管光接收模块包括依次串连的光电探测器及前级放大电路，所述光电探测器用于输入从光纤环形器的输出端输出的携带盐密强度分布信息的光信号，将所述光信号转换成电信号，并输出到所述前级放大电路，所述前级放大电路将所述电信号进行前级放大。