專利名稱：基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣 列的傳感復(fù)用方法。
背景技術(shù)：
FBG (光纖布拉格光柵)傳感表現(xiàn)為中心波長編碼，通過對FBG中心波長移動的監(jiān) 測即可測量外界參量的變化，探測信號不受光源功率波動的影響。但基于FBG的分布式傳 感面臨的一大難題是系統(tǒng)復(fù)用容量受到光源和濾波器帶寬的限制。目前已見有多種復(fù)用方法的報道，如空分復(fù)用、時分復(fù)用、波分復(fù)用、副載波復(fù)用、 頻率調(diào)制連續(xù)波復(fù)用等以及這些復(fù)用方法的組合，這些方法各有特點，但都不能很好解決 復(fù)用度、成本、實用化等因素，對于長距離高密度的分布式檢測是遠遠不夠的。曾有均勻間隔的全同低反射率光纖光柵單纖復(fù)用方法的報道，該方法需要考慮多 次反射引起的干涉效應(yīng)，導(dǎo)致由光纖光柵間的多次反射限制的光柵復(fù)用數(shù)與全同光柵的反 射率的平方根成反比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有的分布式光纖傳感技術(shù)存在的問題，提 供一種基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)，其大大提高傳感系統(tǒng)的 復(fù)用容量，使其在溫度、應(yīng)力和振動等參量的長距離密集傳感中獲得廣泛應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)，包括依次相連的可調(diào)諧激 光器、調(diào)制器、光隔離器、光環(huán)形器和波長解調(diào)裝置，光環(huán)形器還接至帶有多個光纖布拉格 光柵的傳感光纖。所述各個光纖布拉格光柵之間的間隔兩兩不相等。所有的光纖布拉格光柵采用全同的的弱布拉格反射光纖光柵。所述光纖布拉格光柵的最大數(shù)目j滿足下式

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其中t為光纖布拉格光柵的透射率，r為光纖布拉格光柵的反射率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具有以下優(yōu)點
其一，本發(fā)明采用弱布拉格反射光纖光柵作為傳感單元，反射率比后向散射技術(shù)要高 出數(shù)個數(shù)量級，探測更為容易且測量精度更高，反射率可根據(jù)應(yīng)用要求靈活設(shè)計。其二，本發(fā)明采用弱布拉格反射光纖光柵作為傳感單元，各個位置的后向反射率 極低，可以滿足長距離檢測而不會遺漏任何位置的測量信息。因此，傳感距離和檢測密集度 將得到質(zhì)的提高。其三，本發(fā)明采用光時域反射技術(shù)(0TDR)，同時實現(xiàn)探測與定位，無需波長解調(diào)，實時性高，成本低。其四，理論分析表面，光纖光柵直接的多次反射是限制系統(tǒng)復(fù)用容量的主要因素， 本發(fā)明采用非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列結(jié)構(gòu)，通過這種非等間隔的復(fù)用方法，避 免了多次反射回來的干涉效應(yīng)，大大提高了傳感系統(tǒng)中光纖光柵的復(fù)用度。本發(fā)明能夠突破現(xiàn)行光纖傳感技術(shù)的困境，大幅度提高傳感系統(tǒng)容量以及傳感距 離，可廣泛應(yīng)用于橋梁安全控制、輸變電線路監(jiān)控、區(qū)域周界安全警戒、核電站安全監(jiān)測和 海底監(jiān)視等監(jiān)控領(lǐng)域。


圖1是基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用方法示意圖其中， I為隔離器；C為光環(huán)形器P1，F(xiàn)2, F3,……Fj為光纖布拉格光柵，相鄰FBG之間的間隔
L1興L2興…興L (j—D。圖2是基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)的系統(tǒng)復(fù) 用數(shù)與全同光纖光柵的反射率的分析結(jié)果圖其中，橫坐標為全同光纖光柵的反射率 (ReflectiveCO. 01% — 1%))，縱坐標為系統(tǒng)的復(fù)用度(Total FBG number)，入射功率_10dB， 光電探測器極限為_70dB。圖3是等間隔和非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)的系統(tǒng)復(fù) 用數(shù)的對比圖，其中，橫坐標為全同光纖光柵的反射率(Ref Iective (0. 01%— 1%))，縱坐標 為系統(tǒng)的復(fù)用度(Total FBG number)，入射功率-10dB，光電探測器極限為-70dB。圖4是基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖 其中，T為可調(diào)諧激光器，E為調(diào)制器，I為隔離器(圖4中無I); C為光環(huán)形器，D為波長 解調(diào)裝置，F(xiàn)1,F2,F3,…Fj為光纖布拉格光柵，相鄰FBG之間的間隔L1 Φ L2 Φ…Φ L (J_1)0圖5 光纖光柵自身反射和光纖光柵之間的一級多反射示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用方法，光纖 光柵之間間隔不均勻，可以有效避免多次反射引起的干涉效應(yīng)，由光纖光柵間的多次反射 限制的光柵復(fù)用數(shù)與全同光柵的反射率成反比。本發(fā)明提出的基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用方法相對于 均勻間隔的全同低反射率光纖光柵單纖復(fù)用方法大大提高了系統(tǒng)的復(fù)用容量，可以更有效 的實現(xiàn)長距離高密度大容量的分布式檢測。本發(fā)明使用的光纖光柵陣列的特征是全同的光纖光柵，使用的光纖光柵具有相 同的中心波長、反射率和反射譜，所述結(jié)構(gòu)對中心波長表現(xiàn)出弱反射特性。本發(fā)明中光纖光柵陣列中的光纖光柵之間間隔不均勻，避免多次反射引起的干涉 效應(yīng)，可以大大提高系統(tǒng)復(fù)用容量。本發(fā)明提供一種分布式光纖傳感定位方法，實際應(yīng)用中要考慮光纖損耗、瑞利散 射，光纖光柵之間多次反射以及光電探測器的探測極限等因素。在基于非等間隔弱布拉格 反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)中，光纖光柵之間的多次反射限制的光纖光柵復(fù)用數(shù)目 與全同光纖光柵反射率成反比。
本發(fā)明采用光時域反射技術(shù)(0TDR)，實現(xiàn)非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列結(jié) 構(gòu)中的光纖光柵定位。本發(fā)明提供一種傳感復(fù)用方法，其特征是基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣 列的傳感復(fù)用方法，通過采用波長可調(diào)諧的單脈沖注入基于非等間隔弱布拉格反射光纖光 柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)，如圖1所示，波長可調(diào)的單脈沖經(jīng)過光隔離器和光環(huán)形器入射到 非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列，光纖光柵產(chǎn)生的后向散射脈沖光通過光環(huán)形器進入 波長解調(diào)裝置，如果某一個光纖光柵的中心波長因為外界參量作用影響發(fā)生漂移，導(dǎo)致其 與入射激光波長不一致，則輸入光脈沖在此光纖光柵位置的后向散射會減小，對應(yīng)時域上 的反射信號會變?nèi)?。通過檢測時域上的反射信號強弱，確定光纖光柵中心波長的位置，通過 檢測脈沖返回的時間先后，對各個光纖光柵實現(xiàn)精確定位。下面進一步詳述本發(fā)明。首先考慮瑞利散射的影響，為區(qū)分反射信號光與瑞利散射光，應(yīng)該使光纖光柵反 射的光功率大于相應(yīng)激勵光脈沖產(chǎn)生的后向瑞利散射光的功率?？紤]最后一個光柵(最差 情況)，應(yīng)該使
權(quán)利要求
1.基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于包括依次 相連的可調(diào)諧激光器(T)、調(diào)制器(E)、光隔離器(I)、光環(huán)形器(C)和波長解調(diào)裝置(D)，光 環(huán)形器(C)還接至帶有多個光纖布拉格光柵的傳感光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于各個光纖布拉格光柵之間的間隔兩兩不 相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所有的光纖布拉格光柵采用全同的弱布 拉格反射光纖光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于光纖布拉格光柵的最大數(shù)目j滿足 下式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非等間隔弱布拉格反射光纖光柵陣列的傳感復(fù)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次相連的可調(diào)諧激光器(T)、調(diào)制器(E)、光隔離器(I)、光環(huán)形器(C)和波長解調(diào)裝置(D)，光環(huán)形器(C)還接至帶有多個光纖布拉格光柵的傳感光纖。本發(fā)明能避免光纖光柵之間多次反射引起的干涉效應(yīng)，可以大大提高系統(tǒng)的復(fù)用容量，實現(xiàn)了長距離高密度大容量的分布式檢測。
文檔編號G01D5/353GK102102999SQ20101059036
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者劉德明, 孫琪真, 張滿亮, 李曉磊, 沃江海, 王梓 申請人:華中科技大學