[發明專利]多芯光纖、采用該多芯光纖的傳感裝置及其運行方法

在審

• 申請號: 201310710629.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103901532A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 杜兵
• 申請（專利權）人: 西安金和光學科技有限公司
• 主分類號: G02B6/036
• 分類號: G02B6/036;G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型的多芯光纖和基于該多芯光纖的傳感裝置，具體涉及一種包含有三個纖芯或三個纖芯以上的多芯光纖，以及基于該多芯光纖的點式或分布式光纖傳感裝置及其運行方法。

背景技術

中國專利申請號201120130642.5《基于雙芯光纖的溫度傳感裝置》的專利揭示了一種溫度傳感裝置，其采用寬帶光源、雙芯光纖和光譜分析儀，當溫度變化時，雙芯光纖中兩個纖芯之間的距離也會變化，從而導致注入寬帶光信號的纖芯耦合到未注入光信號的纖芯的光信號波長的變化，并通過光譜分析儀檢測到該變化，從而完成對溫度的監測，其結構簡單、溫度監測范圍寬，，但其測試參數單一、儀器昂貴，并且不能實現分布式監測。

現有的分布式或準分布式的光纖傳感裝置均是以光纖中后向散射光為主的檢查裝置，包括最常用的光時域反射計（OTDR），光纖拉曼溫度傳感裝置、布里淵散射傳感裝置和布拉格光纖光柵傳感裝置，在前三種傳感裝置中，由于光纖中包含有傳感信息的后向散射光相對于入射光很小，一般后向散射光比前向傳輸光信號的功率小三至六個數量級，所以后向散射光的探測比較困難，為了去除噪聲常常需要通過采樣積分器很多次處理才能提取微弱的信號，從而使監測設備比較復雜，成本較高、實時性差，且其監測的最大距離較少有超過100公里的；而由布拉格光纖光柵構成的準分布式光纖傳感裝置雖然反射光信號較強，但其光纖光柵之間的光信號容易相互干擾，所以光纖光柵的數量不多，每根光纖上的光纖光柵的數量最多只有數十個，難以實現長距離的分布式監測。

另一方面，現有的光纖通信技術在飛速的發展，其無中繼通信的距離輕松超過數百公里，若再采用摻鉺或拉曼光纖放大裝置可達上千公里，其主要原因是前向傳播的光信號強度遠遠大于后向散射光信號的，若能有一種基于前向傳輸時監測光信號變化的分布式傳感裝置，則可以大幅度的延長分布式光纖監測的距離，然而目前未檢索到有這樣的裝置。

發明內容

本發明揭示了一種多芯光纖以及基于該多芯光纖的傳感裝置，所述的多芯光纖是具有三個或三個以上纖芯的光纖，如三芯光纖、四芯光纖或五芯光纖等，通過檢測全部或部分纖芯內光信號傳輸的變化，可以達到點式或分布式監測的目的。并且有兩個或兩個以上的感測纖芯，通過比較兩個感測纖芯內傳輸的光信號的差異，可以消除光源或光信號傳輸中非待測物理量產生的光功率的波動，從而消除其引入的誤差，從而為強度型光纖傳感裝置的實用化提出了新的解決方法。該光纖傳感裝置具有使用方便、成本低，具有較好的應用前景。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種多芯光纖，包括光纖的內包層和位于內包層中的纖芯，其特征在于，有至少三個纖芯布設于內包層，其中一個纖芯為傳輸纖芯，其他纖芯為感測纖芯，每個感測纖芯的長度均不小于傳輸纖芯的長度，且至少有一個感測纖芯的長度大于傳輸纖芯的長度。

進一步的，所述的內包層外有外包層，內包層的折射率指數大于外包層折射率指數。優選的，所述的內包層沿光纖徑向的截面是非圓對稱的缺陷包層。非圓對稱的缺陷包層的徑向截面可以是矩形、切掉一部分的圓形、橢圓形、多邊形等形狀，這樣可以使傳輸纖芯內傳播光信號時，部分逸出的光信號不會在接近內包層與外包層的邊緣部分傳播而被消耗掉，而是被反射并穿過傳輸纖芯或感測纖芯，其最終大部分被纖芯所捕獲，從而減小了光信號傳輸的衰減。

優選的，所述的感測纖芯以螺旋體形狀布設于內包層中。進一步的，所述的感測纖芯以螺旋體形狀圍繞傳輸纖芯布設，所述的傳輸纖芯位于感測纖芯形成的螺旋體的軸向中心位置。優選的，所述的傳輸纖芯位于整個光纖縱向的軸心位置。

優選的，所述的各個感測纖芯距傳輸纖芯的距離不同。從而使不同的感測纖芯在相同的待測物理量的位置獲取不同的光信號大小，兩者的比較，可以消除由于光源或其他非待測物理量造成的光信號大小波動而引入的誤差，從而使強度型光纖傳感裝置的測試結果更準確和實用。

進一步的，至少有兩個所述的感測纖芯的折射率指數不同。使不同的感測纖芯捕獲光信號和束縛光信號的能力不同，為消除測試誤差提供了方便。優選的，至少有兩個所述的感測纖芯的芯徑不同。

進一步的，所述的多芯光纖是由高分子材料構成的光纖、由多組份玻璃構成的光纖、氟化物玻璃構成的光纖或石英玻璃構成的光纖。