本发明揭示了一种基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法，所采用的光纤是具有两个光信号传输通道的光纤，如双芯光纤、双包层或多包层光纤，光信号在两个光信号传输通道中的速度不同，通过检测两个传输光信号通道之间光信号的变化及各个光信号的相对位置，可以达到分布式监测待测物理量的目的。该光纤传感装置具有使用方便、成本低，精度高的优点。
1.基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：包括控制模块(10)、光源模块(12)、耦合器一(13)、光探测器一(7)和处理模块(6)，控制模块(10)与光源模块(12)连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块(12)与耦合器一(13)连接，所述的耦合器一(13)与传感光纤(11)的一端连接，所述的传感光纤(11)是包括有光通道一(15)和光通道二(16)的光纤，所述的耦合器一(13)是使光信号仅耦合进传感光纤(11)内的其中一个光通道内的耦合器；所述的传感光纤(11)是双芯光纤，包括内包层(23)和位于内包层(23)外侧的外包层(24)，在内包层(23)内并排安置有纤芯一(21)和纤芯二(22)，所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)的折射率大于内包层(23)的折射率，内包层(23)的折射率大于外包层(24)的折射率，所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)以螺旋形式安置于内包层(23)内，波长相同的光信号在纤芯一(21)和纤芯二(22)内传输的速度不一样；在所述的传感光纤(11)的另一端与光探测器一(7)连接，光探测器一(7)与处理模块(6)连接；所述的纤芯一(21)和纤芯二(22)分别是所述传感光纤(11)的光通道一(15)和光通道二(16)。
2.根据权利要求1所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特证在于：所述的纤芯一(21)位于传感光纤(11)的中心轴上，所述的纤芯二(22)围绕纤芯一(21)螺旋安置。
3.根据权利要求1或2所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的传感光纤(11)的另一端与耦合器二(9)连接，耦合器二(9)内包含有通道一和通道二，通道一和通道二互相没有干扰，所述的传感光纤(11)内的光通道一(15)与耦合器二(9)内的通道一连接，通道一并与光探测器一(7)连接；所述的传感光纤(11)内的光通道二(16)与耦合器二(9)内的通道二连接，通道二并与光探测器二(8)连接；光探测器一(7)和光探测器二(8)与处理模块(6)连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：在光源模块(12)和耦合器一(13)之间安置的1×2光耦合器(18)，光源模块(12)与1×2光耦合器(18)的1口端连接，1×2光耦合器(18)的2口的一端与耦合器一(13)连接，1×2光耦合器(18)的2口的另一端与光探测器三(17)连接，光探测器三(17)与控制模块(10)连接。
5.根据权利要求4所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述的1×2光耦合器(18)是1:99光信号分配比例的光分路器，其中分配光信号多的一端与耦合器一(13)连接，分配光信号少的一端与光探测器三(17)连接。
6.根据权利要求5所述的基于双通道的分布式光纤传感装置，其特征在于：还包括与传感光纤(11)并行安置的通讯光纤(20)，通讯光纤(20)的两端分别与收发模块一(33)和收发模块二(34)连接，收发模块一(33)与控制模块(10)连接，收发模块二(34)与处理模块(6)连接。
7.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：步骤如下：
1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；
2)脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤(11)另一端的光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块(6)；
3)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一(15)内传输的光信号有部分耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光通道一(15)和光通道二(16)内光信号的传输速度不同，则光通道一(15)和光通道二(16)内光信号分先后次序到达传感光纤(11)另一端并被光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
8.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：步骤如下：
1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；
2)脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，在传感光纤(11)另一端安置有耦合器二(9)，耦合器二(9)内的通道一与光通道一(15)连接，通道一另一端与光探测器一(7)连接，耦合器二(9)内的通道二与光通道二(16)连接，通道二另一端与光探测器二(8)连接，光探测器一(7)和光探测器二(8)分别将光通道一(15)和光通道二(16)内传输过来的脉冲光信号转化为电信号并传递给处理模块(6)；
3)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一(15)内传输的光信号有部分耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光通道一(15)和光通道二(16)内光信号的传输速度不同，则光通道一(15)和光通道二(16)内光信号分先后次序到达传感光纤(11)另一端并分别被光探测器一(7)和光探测器二(8)获取，光探测器一(7)和光探测器二(8)分别将所获取的光信号转化为电信号并传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据电信号的次序、大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
9.根据权利要求8所述的基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：
在步骤3)中，还包括在光源模块(12)和耦合器一(13)之间安置的1×2光耦合器(18)，光源模块(12)与1×2光耦合器(18)的1口端连接，1×2光耦合器(18)的2口的一端与耦合器一(13)连接，1×2光耦合器(18)的2口的另一端与光探测器三(17)连接，光探测器三(17)与控制模块(10)连接；光源模块(12)的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器(18)后有少部分进入光探测器三(17)，光探测器三(17)将该信号转化为电信号传递给控制模块(10)，控制模块(10)根据该电信号计算出光源模块(12)发出的脉冲光信号的大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块(10)控制光源模块(12)将该编码发出；光探测器二(8)获取该包含该编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块(12)发出脉冲光信号的大小，并根据脉冲光信号的大小对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
10.根据权利要求8所述的基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于：在步骤3)中，还包括在光源模块(12)和耦合器一(13)之间安置的1×2光耦合器(18)，光源模块(12)与1×2光耦合器(18)的1口端连接，1×2光耦合器(18)的2口的一端与耦合器一(13)连接，1×2光耦合器(18)的2口的另一端与光探测器三(17)连接，光探测器三(17)与控制模块(10)连接；光源模块(12)的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器(18)后有少部分进入光探测器三(17)，光探测器三(17)将该信号转化为电信号传递给控制模块(10)，控制模块(10)根据该电信号计算出光源模块(12)发出的脉冲光信号的大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块(10)控制收发模块一(33)通过通讯光纤(20)将该编码发出；收发模块二(34)通过通讯光纤(20)获取包含编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块(12)发出脉冲光信号的大小，并根据脉冲光信号的大小对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
11.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于，步骤如下：
1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；
2)探测脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤(11)另一端的光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块(6)；
3)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一(15)内传输的探测脉冲光信号有部分耦合进光通道一(15)和光通道二(16)之间的荧光包层区域，并激发出大量的荧光信号，部分荧光信号耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光信号在光通道一(15)和光通道二(16)内光信号的传输速度不同，则光通道一(15)内传输的探测脉冲光信号和光通道二(16)内传输的荧光信号分先后次序到达传感光纤(11)另一端并被光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
12.基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，其特征在于，步骤如下：
1)控制模块(10)控制光源模块(12)发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一(13)注入到传感光纤(11)一端的光通道一(15)内传输；
2)探测脉冲光信号在光通道一(15)内由传感光纤(11)的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤(11)另一端的光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块(6)；
3)探测脉冲光信号在光通道一(15)内传输时，有部分探测脉冲光信号在荧光包层区域传输，并激发出荧光信号，部分荧光信号耦合进入光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输至传感光纤(11)的端部，并被光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块(6)；
4)当传感光纤(11)上的某处受到待测物理量的作用而变化时，探测脉冲光信号所激发的荧光信号也发生了变化，部分有变化的荧光信号耦合进光通道二(16)内并在光通道二(16)内传输，由于光信号在光通道一(15)和光通道二(16)内的传输速度不同，则光通道一(15)内传输的探测脉冲光信号和光通道二(16)内传输的荧光信号和有变化的荧光信号分先后次序到达传感光纤(11)另一端并被光探测器一(7)获取，光探测器一(7)将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块(6)，处理模块(6)根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光纤传感装置及其运行方法，具体涉及一种基于具有双通道的、监测前向传输光信号变化的分布式光纤传感装置及其运行方法。
背景技术
[0002] 中国专利申请号201120130642.5《基于双芯光纤的温度传感装置》的专利揭示了一种温度传感装置，其采用宽带光源、双芯光纤和光谱分析仪，当温度变化时，双芯光纤中两个纤芯之间的距离也会变化，从而导致注入宽带光信号的纤芯耦合到未注入光信号的纤芯的光信号波长的变化，并通过光谱分析仪检测到该变化，从而完成对温度的监测，其结构简单、测试范围宽，但其测试参数单一，并且不能实现分布式监测。
[0003] 现有的分布式或准分布式的光纤传感装置均是以光纤中后向散射光为主的检查装置，包括最常用的光时域反射计（OTDR），光纤拉曼温度传感装置、布里渊散射传感装置和布拉格光纤光栅传感装置，在前三种传感装置中，由于光纤中包含有传感信息的后向散射光相对于入射光很小，一般后向散射光比入射光小三至六个数量级，所以后向散射光的探测比较困难，为了去除噪声常常需要通过采样积分器很多次处理才能提取微弱的信号，从而使监测设备比较复杂，成本较高、实时性差，且其监测的最大距离较少有超过100公里的；而由布拉格光纤光栅构成的准分布式光纤传感装置虽然反射光信号较强，但其光纤光栅之间的光信号容易相互干扰，所以光纤光栅的数量不多，每根光纤上的光纤光栅的数量最多只有数十个，难以实现长距离的分布式监测。
[0004] 另一方面，现有的光纤通信技术在飞速的发展，其无中继通信的距离轻松超过数百公里，若再采用掺铒或拉曼光纤放大装置可达上千公里，其主要原因是前向传播的光信号强度远远大于后向散射光信号的，若能有一种基于前向传输时监测光信号变化的分布式传感装置，则可以大幅度的延长分布式光纤监测的距离，然而目前未检索到有这样的装置。
发明内容
[0005] 本发明揭示了一种基于双通道的分布式光纤传感装置及其运行方法，所采用的光纤是具有两个光信号传输通道的光纤，如双芯光纤、双包层或多包层光纤，通过检测两个传输光信号通道之间光信号的变化，可以达到分布式监测的目的。该光纤传感装置具有使用方便、成本低，具有较好的应用前景。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] 基于双通道的分布式光纤传感装置，包括控制模块、光源模块、耦合器一、光探测器模块一和处理模块，控制模块与光源模块连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块与耦合器一连接，所述的耦合器一与传感光纤的一端连接，所述的传感光纤是包括有光通道一和光通道二的光纤，所述的耦合器一是使光信号仅耦合进传感光纤内的其中一个光通道内的耦合器，波长相同的光信号在所述的光通道一和光通道二内传输的速度不一样；在所述的传感光纤的另一端与光探测器一连接，光探测器一同时获取光通道一和光通道二内传输的光信号，光探测器一与处理模块连接。
[0008] 进一步的，在所述的传感光纤的另一端与耦合器二连接，耦合器二内包含有通道一和通道二，通道一和通道二互相没有干扰，所述的传感光纤内的光通道一与耦合器二内的通道一连接，通道一并与光探测器一连接；所述的传感光纤内的光通道二与耦合器二内的通道二连接，通道二并与光探测器二连接；光探测器一和光探测器二与处理模块连接。
[0009] 还包括在光源模块和耦合器一之间安置的1×2光耦合器，光源模块与1×2光耦合器的1口端连接，1×2光耦合器的2口的一端与耦合器一连接，1×2光耦合器的2口的一端与光探测模块三连接，光探测模块三与控制模块连接。
[0010] 所述的1×2光耦合器是1:99光信号分配比例的光分路器，其中分配光信号多的一端与耦合器一连接，分配光信号少的一端与光探测模块三连接。
[0011] 还包括与传感光纤并行安置的通讯光纤，通讯光纤的两端分别与收发模块一和收发模块连接，收发模块一和收发模块二又分别与控制模块和处理模块连接。
[0012] 所述的光探测器一、光探测器二、光探测模块三是光功率计、光子计数器、光谱分析仪、波长计之一。
[0013] 所述的光源模块是单波长光源、多波长光源或宽带光源之一。
[0014] 所述的传感光纤是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯、包层一、包层二和包层三，所述的纤芯的折射率大于包层一的折射率，包层二的折射率大于包层一和包层三的折射率，在包层三外侧是保护层；所述的纤芯和包层二分别是所述传感光纤的光通道一和光通道二。
[0015] 所述的传感光纤是双芯光纤，包括内包层和位于内包层外侧的外包层，在内包层内并排安置有纤芯一和纤芯二，所述的纤芯一和纤芯二的折射率大于内包层的折射率，内包层的折射率大于外包层的折射率，在外包层外侧是涂覆层；所述的纤芯一和纤芯二分别是所述传感光纤的光通道一和光通道二。
[0016] 至少在光通道一和光通道二之间的区域是荧光包层区域，所述的荧光包层区域是由掺杂有荧光材料的透明材料构成。
[0017] 所述的纤芯一的折射率高于纤芯二的折射率。
[0018] 所述的纤芯一的外径大于纤芯二的外径。
[0019] 所述的纤芯一和纤芯二以螺旋形式安置于内包层内。
[0020] 所述的纤芯一位于光纤的中心轴上，所述的纤芯二围绕纤芯一螺旋安置。
[0021] 基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，步骤如下：
[0022] 1）控制模块控制光源模块发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；
[0023] 2）脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤另一端的光探测模块一获取，光探测模块一将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块；
[0024] 3）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一内传输的光信号有部分耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光通道一和光通道二内光信号的传输速度不同，则光通道一和光通道二内光信号分先后次序到达传感光纤另一端并被光探测模块一获取，光探测模块一将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0025] 基于双通道的分布式光纤传感装置，步骤如下：
[0026] 1）控制模块控制光源模块发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；
[0027] 2）脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，在传感光纤另一端安置有耦合器二，耦合器二内的通道一与光通道一连接，通道一另一端与光探测模块一连接，耦合器二内的通道二与光通道二连接，通道二另一端与光探测模块二连接，光探测模块一和光探测模块二分别将光通道一和光通道二内传输过来的脉冲光信号转化为电信号并传递给处理模块；
[0028] 3）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一内传输的光信号有部分耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光通道一和光通道二内光信号的传输速度不同，则光通道一和光通道二内光信号分先后次序到达传感光纤另一端并分别被光探测模块一和光探测模块二获取，光探测模块一和光探测模块二分别将所获取的光信号转化为电信号并传递给处理模块，处理模块根据电信号的次序、大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0029] 进一步的，在步骤3)中，还包括在光源模块和耦合器一之间安置的1×2光耦合器，光源模块与1×2光耦合器的1口端连接，1×2光耦合器的2口的一端与耦合器一连接，1×2光耦合器的2口的一端与光探测模块三连接，光探测模块三与控制模块连接;光源模块的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器后有少部分进入光探测模块三，光探测模块三将该信号转化为电信号传递给控制模块，控制模块根据该电信号计算出光源模块发出的脉冲光信号的大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块控制光源模块将该编码发出；光探测模块二获取该包含该编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块发出脉冲光信号的大小，如脉冲光信号的功率大小、波长状态并根据该值对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
[0030] 进一步的，在步骤3)中，还包括在光源模块和耦合器一之间安置的1×2光耦合器，光源模块与1×2光耦合器的1口端连接，1×2光耦合器的2口的一端与耦合器一连接，1×2光耦合器的2口的一端与光探测模块三连接，光探测模块三与控制模块连接;光源模块的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器后有少部分进入光探测模块三，光探测模块三将该信号转化为电信号传递给控制模块，控制模块根据该电信号计算出光源模块发出的脉冲光信号的大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块控制收发模块一通过通讯光纤将该编码发出；收发模块二通过通讯光纤获取包含编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块发出脉冲光信号的大小，如脉冲光信号的功率大小或波长状态等信息，并根据该值对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
[0031] 基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，传感光纤在通道一和光通道二之间有荧光掺杂区域，步骤如下：
[0032] 1）控制模块控制光源模块发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；
[0033] 2）探测脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤另一端的光探测模块一获取，光探测模块一将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块；
[0034] 3）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一内传输的探测光信号有部分耦合进光通道一和光通道二之间的荧光包层区域，并激发出大量的荧光信号，部分荧光信号耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光信号在光通道一和光通道二内光信号的传输速度不同，则光通道一内传输的探测光信号和光通道二内传输的荧光信号分先后次序到达传感光纤另一端并被光探测模块一获取，光探测模块一将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0035] 基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，传感光纤在通道一和光通道二之间有荧光掺杂区域，步骤如下：
[0036] 1）控制模块控制光源模块发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一注入到传感光纤一端的光通道一内传输；
[0037] 2）探测脉冲光信号在光通道一内由传感光纤的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤另一端的光探测模块一获取，光探测模块一将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块；
[0038] 3）探测脉冲光信号在光通道一内传输时，有部分探测光信号在荧光包层区域传输，并激发出荧光信号，部分荧光信号耦合进入光通道二内并在光通道二内传输至传感光纤的端部，并被光探测模块一获取，光探测模块一将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块；
[0039] 4）当传感光纤上的某处受到待测物理量的作用而变化时，探测光信号所激发的荧光信号也发生了变化，部分有变化的荧光信号耦合进光通道二内并在光通道二内传输，由于光信号在光通道一和光通道二内的传输速度不同，则光通道一内传输的探测光信号和光通道二内传输的荧光信号和有变化的荧光信号分先后次序到达传感光纤另一端并被光探测模块一获取，光探测模块一将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块，处理模块根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0040] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0041] 1、通过前向监测技术使光信号可以传输的距离较远，满足天然气管线、石油管线等实际需求，较目前市场上的布里渊散射监测装置具有成本低、监测距离长、精度高的特点，具有良好的市场前景。
[0042] 2、由于采用的传感光纤内的双通道以及光信号在双通道内传输的速度不同，其中一个通道内传输探测脉冲光信号，另一个通道不注入光信号，当传感光纤一处变化时，如温度变化、微弯、弯曲、变形等情况时，注入的光信号逸出并有部分耦合近未注入光信号的通道内，从而被传感光纤端部的光探测器捕获，由于两个通道内光信号传输速度的不同，探测脉冲光信号与包含有待测物理量的另一个通道内的光信号分先后次序到达光探测器，从而分辨出不同的光信号的大小及时间间隔，根据包含待测物理量的光信号的大小可以知道待测物理量的大小，根据探测脉冲光信号与含待测物理量的光信号的间隔时间可以计算出待测物理量的位置，从而完成了分布式的监测的目的。当传感光纤上有多处变化时，会形成多个脉冲光信号的序列。
[0043] 3、由于W型光纤的包层二的有效面积远大于纤芯的有效面积，从而可以在包层二内注入大功率的脉冲光信号，从而可以增加监测的长度。
[0044] 4、由于本装置只在传感光纤内的一个光通道注入光信号，而检测另一个光通道的光信号，这属于暗场监测技术，具有较高的精度和准确性。
[0045] 综上所述，本发明的基于双通道光纤的分布式光学传感装置具有结构简单、成本低、监测距离长，可实现分布式监测传感的目的，具有较好的市场前景。
[0046] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0047] 图1为本发明实施例1的结构示意图。
[0048] 图2为图1中传感光纤的横截面的结构示意图。
[0049] 图3为图2传感光纤径向的折射率分布的结构示意图。
[0050] 图4为本发明实施例2的传感光纤的横截面的结构示意图。
[0051] 图5为图4传感光纤径向的折射率分布的结构示意图。
[0052] 图6为本发明实施例3的结构示意图。
[0053] 图7为本发明实施例4的结构示意图。
[0054] 附图标记说明:
[0055] 1—纤芯；2—包层一；3—包层二；4—包层三；5—保护层；
[0056] 6—处理模块； 7—光探测器模块一；8—光探测器模块二；
[0057] 9—耦合器二；10—控制模块；11—传感光纤；12—光源模块；
[0058] 13—耦合器一；14—输出模块；15—光通道一；16—光通道二；
[0059] 17—光探测器模块三；18—1×2光耦合器；19—辅助光纤；
[0060] 20—通讯光纤；21—纤芯一；22—纤芯二；23—内包层；24—外包层；25—涂覆层；33—收发模块一；34—收发模块二。
具体实施方式
[0061] 实施例1
[0062] 如图1、图2、图3所示的基于双通道的分布式光纤传感装置，包括控制模块10、光源模块12、耦合器一13、光探测器模块一7和处理模块6，控制模块10与光源模块12连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块12通过辅助光纤19与耦合器一13连接，所述的耦合器一13与传感光纤11的一端连接，所述的传感光纤11是包括有光通道一15和光通道二16的光纤，所述的耦合器一13是使光信号仅耦合进传感光纤11内的其中一个光通道内的耦合器，相同波长的光信号在所述的光通道一15和光通道二16内传输的速度不一样；在所述的传感光纤11的另一端与光探测器一7连接，光探测器一7同时获取光通道一15和光通道二16内传输的光信号，光探测器一7与处理模块6连接。优选的，处理模块6与输出模块14连接。
[0063] 基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，步骤如下：
[0064] 1）控制模块10控制光源模块12发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一13注入到传感光纤11一端的光通道一15内传输；
[0065] 2）脉冲光信号在光通道一15内由传感光纤11的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤11另一端的光探测模块一7获取，光探测模块一7将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块6；
[0066] 3）当传感光纤11上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一15内传输的光信号有部分耦合进光通道二16内并在光通道二16内传输，由于光通道一15和光通道二16内波长相同的光信号的传输速度不同，则光通道一15和光通道二16内光信号分先后次序到达传感光纤11另一端并被光探测模块一7获取，光探测模块一7将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块6，处理模块6根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0067] 所述的光探测器一7、光探测器二8、光探测模块三17可以是光功率计、光子计数器、光谱分析仪、波长计之一。
[0068] 所述的光源模块12可以是单波长光源、多波长光源或宽带光源之一。如单波长光源是DFB激光器，其输出光信号波长稳定，功率大。多波长光源可以是由多个DFB激光器构成。
[0069] 当光探测器一7、光探测器二8、光探测模块三17采用的是光功率计、光子计数器的测试仪器时，优选的，光源模块12可以是单波长光源、多波长光源之一，本发明装置的探测器采集的是脉冲光信号的功率大小，并根据其功率大小可推算出待测的物理量的大小；当光探测器一7、光探测器二8、光探测模块三17采用的是光谱分析仪、波长计之一时，优选的，光源模块12可以是多波长光源或宽带光源之一，本发明装置采集的是脉冲光信号的波长信息，并可根据该信息推算出待测物理量的大小。
[0070] 所述的传感光纤11是W型光纤，其从中心到边沿径向分布的、依次包括纤芯1、包层一2、包层二3和包层三4，所述的纤芯1的折射率大于包层一2的折射率，包层二3的折射率大于包层一2和包层三4的折射率，在包层三4外侧是保护层5；所述的纤芯1和包层二3分别是所述传感光纤11的光通道一15和光通道二16。
[0071] 优选的，所述的传感光纤11的纤芯1和包层二3是掺杂有锗、硼元素的石英玻璃。
[0072] 优选的，所述的传感光纤11的包层一2是掺杂有氟元素的石英玻璃。
[0073] 优选的，所述的传感光纤11的包层三4是高纯的石英玻璃。
[0074] 优选的，所述的传感光纤11的纤芯1的折射率较包层一2的折射率高出0.3%。
[0075] 优选的，所述的传感光纤11的包层二3的折射率较包层一2的折射率高出0.1%，所述的包层二3的折射率较包层三4的折射率高出0.3%。
[0076] 优选的，至少在光通道一15和光通道二16之间的区域是荧光包层区域，所述的荧光包层区域是由掺杂有荧光材料的透明材料构成。其运行方法，步骤如下：
[0077] 1）控制模块10控制光源模块12发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一3注入到传感光纤11一端的光通道一15内传输；
[0078] 2）探测脉冲光信号在光通道一15内由传感光纤11的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤11另一端的光探测模块一7获取，光探测模块一7将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块6；光探测模块一7可以是光功率计、光子计数器、光谱分析仪、波长计之一；
[0079] 3）当传感光纤11上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一15内传输的探测光信号有部分耦合进光通道一15和光通道二16之间的荧光包层区域，并激发出大量的荧光信号，部分荧光信号耦合进光通道二16内并在光通道二16内传输，由于光信号在光通道一15和光通道二16内光信号的传输速度不同，则光通道一15内传输的探测光信号和光通道二16内传输的荧光信号分先后次序到达传感光纤11另一端并被光探测模块一7获取，光探测模块一7将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块6，处理模块6根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0080] 当传感光纤11在通道一15和光通道二16之间有荧光掺杂区域时另一种运行方法是，步骤如下：
[0081] 1）控制模块10控制光源模块12发出探测脉冲光信号，探测脉冲光信号通过耦合器一13注入到传感光纤11一端的光通道一15内传输；
[0082] 2）探测脉冲光信号在光通道一15内由传感光纤11的一端传输至另一端，并被安置在传感光纤11另一端的光探测模块一7获取，光探测模块一7将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块6；
[0083] 3）探测脉冲光信号在光通道一15内传输时，有部分探测光信号在荧光包层区域传输，并激发出荧光信号，部分荧光信号耦合进入光通道二16内并在光通道二16内传输至传感光纤11的端部，并被光探测模块一7获取，光探测模块一7将该脉冲光信号转化为电信号传递给处理模块6；
[0084] 4）当传感光纤11上的某处受到待测物理量的作用而变化时，探测光信号所激发的荧光信号也发生了变化，部分有变化的荧光信号耦合进光通道二16内并在光通道二16内传输，由于光信号在光通道一15和光通道二16内的传输速度不同，则光通道一15内传输的探测光信号和光通道二16内传输的荧光信号和有变化的荧光信号分先后次序到达传感光纤11另一端并被光探测模块一7获取，光探测模块一7将所获取的光信号转化为电信号传递给处理模块6，处理模块6根据电信号的大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0085] 当然，传感光纤11也可全部或部分采用高分子材料构成，如有机玻璃、透明的氟烯烃材料、聚苯乙烯等材料，可应用于短距离的分布式的物理量的监测。
[0086] 实施例2
[0087] 如图4、图5所示，本实施例与实施例1不同的是：所述的传感光纤11是双芯光纤，包括内包层23和位于内包层23外侧的外包层24，在内包层23内并排安置有纤芯一21和纤芯二22，所述的纤芯一21和纤芯二22的折射率大于内包层23的折射率，内包层23的折射率大于外包层24的折射率，在外包层24外侧是涂覆层25；所述的纤芯一21和纤芯二22分别是所述传感光纤11的光通道一15和光通道二16。
[0088] 优选的，所述的纤芯一21的折射率高于纤芯二22的折射率；
[0089] 优选的，所述的纤芯一21的外径大于纤芯二22的外径。
[0090] 优选的，所述的纤芯一21和纤芯二22以螺旋形式安置于内包层23内。
[0091] 优选的，所述的纤芯一21位于光纤的中心轴上，所述的纤芯二22围绕纤芯一21螺旋安置。
[0092] 本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
[0093] 实施例3
[0094] 如图6所示，本实施例与实施例1不同的是：基于双通道的分布式光纤传感装置，包括控制模块10、光源模块12、耦合器一13、光探测器模块一7、光探测模块二8、耦合器二9和处理模块6，其中，控制模块10与光源模块12连接并控制后者发出脉冲光信号，光源模块12与耦合器一13连接，所述的耦合器一13与传感光纤11的一端连接，所述的传感光纤11是包括有光通道一15和光通道二16的光纤，所述的耦合器一13是使光信号仅耦合进传感光纤11内的其中一个光通道内的耦合器，光信号在所述的光通道一15和光通道二16内传输的速度不一样；在所述的传感光纤11的另一端与耦合器二9连接，耦合器二9内包含有通道一和通道二，通道一和通道二互相没有干扰，所述的传感光纤11内的光通道一15与耦合器二9内的通道一连接，通道一并与光探测器一7连接；所述的传感光纤11内的光通道二16与耦合器二9内的通道二连接，通道二并与光探测器二8连接；光探测器一7和光探测器二8与处理模块6连接。
[0095] 基于双通道的分布式光纤传感装置的运行方法，步骤如下：
[0096] 1）控制模块10控制光源模块12发出脉冲光信号，脉冲光信号通过耦合器一13注入到传感光纤11一端的光通道一15内传输；
[0097] 2）脉冲光信号在光通道一15内由传感光纤11的一端传输至另一端，在传感光纤11另一端安置有耦合器二9，耦合器二9内的通道一与光通道一15连接，通道一另一端与光探测模块一7连接，耦合器二9内的通道二与光通道二16连接，通道二另一端与光探测模块二8连接，光探测模块一7和光探测模块二8分别将光通道一15和光通道二16内传输过来的脉冲光信号转化为电信号并传递给处理模块6；
[0098] 3）当传感光纤11上的某处受到待测物理量的作用而变化时，光通道一15内传输的光信号有部分耦合进光通道二16内并在光通道二16内传输，由于光通道一15和光通道二16内光信号的传输速度不同，则光通道一15和光通道二16内光信号分先后次序到达传感光纤11另一端并分别被光探测模块一7和光探测模块二8获取，光探测模块一7和光探测模块二8分别将所获取的光信号转化为电信号并传递给处理模块6，处理模块6根据电信号的次序、大小和时间间隔计算出待测物理量的大小和位置，从而完成分布式监测的目的。
[0099] 本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
[0100] 实施例4
[0101] 如图7示，本实施例与实施例3不同的是：还包括在光源模块12和耦合器一13之间安置的1×2光耦合器18，光源模块12与1×2光耦合器18的1口端连接，1×2光耦合器18的2口的一端与耦合器一13连接，1×2光耦合器18的2口的一端与光探测模块三17连接，光探测模块三17与控制模块10连接。
[0102] 运行步骤，还包括在光源模块12和耦合器一13之间安置的1×2光耦合器18，光源模块12与1×2光耦合器18的1口端连接，1×2光耦合器18的2口的一端与耦合器一13连接，1×2光耦合器18的2口的一端与光探测模块三17连接，光探测模块三17与控制模块10连接;光源模块12的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器18后有少部分进入光探测模块三17，光探测模块三17将该信号转化为电信号传递给控制模块10，控制模块10根据该电信号计算出光源模块12发出的脉冲光信号的强度大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块10控制光源模块12将该编码发出；光探测模块一7获取该包含该编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块6，处理模块6根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块12发出脉冲光信号的大小，并根据该值对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
[0103] 优选的，还包括与传感光纤11并行安置的通讯光纤20，通讯光纤20的两端分别与收发模块一33和收发模块34连接，收发模块一33和收发模块二34又分别与控制模块10和处理模块6连接。
[0104] 其运行步骤，还包括在光源模块12和耦合器一13之间安置的1×2光耦合器18，光源模块12与1×2光耦合器18的1口端连接，1×2光耦合器18的2口的一端与耦合器一13连接，1×2光耦合器18的2口的一端与光探测模块三17连接，光探测模块三17与控制模块10连接;光源模块12的发出的脉冲光信号通过1×2光耦合器18后有少部分进入光探测模块三17，光探测模块三17将该信号转化为电信号传递给控制模块10，控制模块10根据该电信号计算出光源模块12发出的脉冲光信号的大小并将该值转化为事先设定的编码，控制模块10控制收发模块一33通过通讯光纤20将该编码发出；收发模块二34通过通讯光纤20获取包含编码的光信号并转化为电信号传递给处理模块6，处理模块6根据该编码与预设的编码表对照，获取光源模块12发出脉冲光信号的大小，如脉冲光信号的功率大小或波长状态等信息，并根据该值对计算出待测物理量的大小和位置进行修正。
[0105] 优选的，所述的1×2光耦合器18是1:99光信号分配比例的光分路器，其中分配光信号多的一端与耦合器一13连接，分配光信号少的一端与光探测模块三17连接。
[0106] 本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3同。
[0107] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
