[发明专利]一种光纤光栅传感网络解调的方法和设备

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，适用于需要多节点、高精度、抗电磁干扰性好、实时监测的传感网络的领域。特别涉及了一种新型的利用声光调制器改变光波频率引起干涉仪不对称结构的效应以及光纤布拉格光栅(FBG)斜边检测技术来实现FBG传感网络解调的方法，以及实现该方法的设备。

背景技术

FBG由于其特有的光纤内部敏感、波长编码、易于组网等优点而成为光纤传感的一种重要器件。基于已经发展起来的波分复用(WDM)和时分复用(TDM)技术，光纤光栅阵列被广泛用于光纤准分布式传感，如：铁路、大桥、水坝等的健康监测，主干输电线沿线的温度监控。其中，WDM要求每一个FBG传感器具有不同的布拉格波长，需要一个宽带光源(带宽往往大于40nm)作为输入光源，还需要一套相对复杂的波长敏感系统来进行复用信号的解复用，如：可调法布里-泊罗滤波器、富里叶频谱计、波长敏感耦合器等。而在TDM中，一般采用窄脉冲光源输入，各个FBG传感器的反射光信号利用不同的延时实现信号复用，并被解调端的高速门处理电路解复用。这两套复用技术，都需要成本较高的光源和复杂的解调系统，直接导致了FBG传感网络的成本居高不下，限制了其很多实际应用。

声光调制器利用多普勒效应，可以在一定范围内精确改变经过调制器的光波的频率，是业内常用的一种光频变换器件；萨尼亚克(Sagnac)环由于其结构的对称性，对外界温度变化，机械振动等干扰不敏感，在光纤传感，光纤检测等领域应用也十分广泛；使用基于声光调制器光频变转的Sagnac干涉计实现的FBG准分布式传感网络，结构简单，抗干扰性强，不需要高速的光电元件，成本很低，因此非常适用于实际应用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，使用声光调制器光频变换技术，提出了一种实现新型FBG准分布式传感网络的解决方案。使用连续(CW)半导体激光光源，低速光电二极管，低速数据采集卡和傅立叶频率计，以及Sagnac干涉计作为系统关键元件，具有低成本、抗干扰性好、结构简单实用、能实现实时检测的优点。同时提供了实现该方法的设备。

本发明的方法包括以下步骤：

1、使用中心波长在光通信波段的单频连续半导体激光器作为光源，激光器3dB线宽小于等于0.1nm。光源发出的激光通过光纤隔离器和四端口3-dB光纤耦合器后，进入Sagnac环中。

2、激光进入Sagnac环后分为两路，其中一路首先经过长度已知的测量段单模光纤，再经过三端口3-dB光纤耦合器入射到FBG传感网络；入射光被传感网络上的串联的各个FBG反射，反射光经过三端口3-dB光纤耦合器回到Sagnac环中；回到Sagnac环的激光再经过声光调制器后，频率蓝移。所述的声光调制器中晶体材料为TeO₂，正弦信号发生器产生驱动信号驱动声光调制器，TeO₂晶体在超声波驱动下，形成布拉格光栅，多普勒效应使衍射的一级光发生频移；变频后的激光经过长度已知连接段单模光纤，最后回到四端口3-dB光纤耦合器；被传感网络上各个传感FBG反射的激光回到四端口3-dB光纤耦合器时相位增加量各不相同，其中被第i个传感FBG反射的激光相位增加量为：

Δφ1-i=2πn[La+2LiCv+LbC(v+Δv)]---(1)]]>