[发明专利]基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法，属于光纤传感技术领域，包括：宽谱连续光源，其输出的信号具有随机性；传感模块，包括N(N≥2)个级联的光纤环形衰荡腔，且相邻两光纤环形衰荡腔之间连接有时延单元，每个光纤环形衰荡腔分别用于实现一个待测参量的传感，传感模块的输入端与宽谱连续光源相连；探测模块，用于探测传感模块中各光纤环形衰荡腔输出的光信号，并转换电信号，得到时序信号；以及解调模块，用于对时序信号做自相关运算，进行相关解调，分离出各光线衰荡环对应的相关函数曲线，并计算对应的衰荡时间，以完成对各待测参量的检测。本发明所提供的FLRD传感器，灵敏度高、响应速度快、成本低且具有可复用性。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法。

背景技术

腔衰荡(Cavity Ring Down，CRD)技术是一种吸收光谱检测技术，该技术首次被提出是用两面高反镜组成一个腔，使光源发出的光在腔内不断循环，从而实现多次吸收，使得探测的灵敏度得到提升。FLRD技术就是由CRD技术发展而来的。它是由两个光纤耦合器连接形成一个环腔，光信号可以在环腔内循环传输，实现光信号的多次叠加，使系统的光程得到有效的放大，基于此原理制造了大量FLRD传感器。

传统的脉冲型FLRD传感器是测量脉冲信号强度的衰减时间来进行探测，但是此类传感器为了避免脉冲信号的重叠，输入环路的脉冲光的脉宽需要小于光在环腔中循环一次的时间。因此，系统需要超窄的脉冲信号以及高速的调制模块，或者需要长至百米的光纤环腔。前者需要高成本，后者会降低响应速度。综上，脉冲型FLRD系统不能实现探测灵敏度和响应速度的同时提升，这种局限性导致了新型解调方案的FLRD系统的出现。目前为止已提出了多种新颖的FLRD传感器结构设计，具有各自的结构特点和性能应用。如频移干涉腔衰荡(FSI-FLRD)系统利用傅里叶变换，在空间域对信号进行测量，相位漂移腔衰荡(PS-FLRD)系统对输入输出光的相位解调对信号进行探测。近年来，宽谱光源也被运用到了新型的FLRD系统中，通过检测宽谱光在环腔中的相关性的衰荡时间从而实现传感。与传统的FLRD相比，宽谱光FLRD系统避免了对信号的调制，不需要在信号脉宽和环长之间权衡，并且系统结构简单、成本低，显著提升了系统灵敏度和响应速度。除了这些特点，FLRD系统还具有复用能力，被广泛用于压力检测、辐射测量、气体浓度、折射率等参量的传感中，适用于传感网络的开发。

但是，目前已有的FLRD系统，如频移干涉、微波解调、相位漂移等，没有将FLRD的简单、低成本等优点最大化。因此需要找到一种解调方案，使得系统在简单、低成本的情况下，同时使得系统灵敏度和响应速度得到提升。且大多数FLRD传感器在应用方面不突出，且实用性不强，不能够满足复用的需求，在多参量测量中存在困难。因此，迫切需要设计一款具有灵敏度高，成本低，简单快捷，满足灵活性、可复用性的FLRD传感器。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器及多参量检测方法，其目的在于，提供一种灵敏度高、响应速度快、成本低且具有可复用性的FLRD传感器。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于宽谱连续光的复用型FLRD传感器，包括：宽谱连续光源、传感模块、探测模块和解调模块；

传感模块，包括N个级联的光纤环形衰荡腔FLRD₁～FLRD_N，且相邻两光纤环形衰荡腔之间连接有用于引入时延的时延单元，每个光纤环形衰荡腔分别用于实现一个待测参量的传感；传感模块的输入端与宽谱连续光源相连；N≥2；

探测模块，其输入端与传感模块的输出端相连，用于探测传感模块中各光纤环形衰荡腔输出的光信号，并转换电信号，得到时序信号；

解调模块，其输入端与探测模块的输出端相连，用于对时序信号做自相关运算，进行相关解调，分离出各光线衰荡环一一对应的相关函数曲线，并计算对应的衰荡时间，以完成对各光纤环形衰荡腔处的待测参量的检测；