[发明专利]一种频域光纤光栅传感网络解调的方法和设备

权利要求书

1.一种频域光纤光栅传感网络解调的方法，其特征在于该方法的具体步骤是： 

a.中心波长在光通信波段的宽带光源发出的光束通过光纤隔离器和四端口3-dB光纤耦合器后，进入萨尼亚克环中； 

b.光束进入萨尼亚克环后分为两路，其中一路进入长度已知的测量段单模光纤，再通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到由多个不同布拉格波长的传感光纤布拉格光栅串联成的光纤布拉格光栅传感网络；光束被传感网络上的各个传感光纤布拉格光栅反射，反射光包括了所有传感光纤布拉格光栅的反射光谱；反射后光束经过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，通过电光调制器产生变频，所述的电光调制器由频率受调制的正弦信号发生器驱动；变频后的光束经过长度已知的连接段单模光纤，回到四端口3-dB光纤耦合器；被传感网络上第i个传感光纤布拉格光栅反射的光束回到四端口3-dB光纤耦合器时电场强度E_1-i为： 

其中E_i为第i个传感光纤布拉格光栅反射的光束的电场强度，J₁为一阶贝塞尔函数，α为电光调制器驱动信号的归一化振幅，ω_i为第i个传感光纤布拉格光栅的布拉格波长对应的角频率，Ω为电光调制器驱动信号的角频率，n为单模光纤的折射率，C为真空中的光速，L_i为传感网络上第i个传感光纤布拉格光栅与三端口3-dB光纤耦合器之间的光纤长度，L_a为测量段单模光纤的长度，L_b为连接段单模光纤的长度，L_a＞＞L_b； 

另一路光束首先经过长度已知的连接段单模光纤，然后通过电光调制器产生变频，变频后的光束进入长度已知的测量段单模光纤；光束通过测量段单模光纤中插入的三端口3-dB光纤耦合器入射到光纤布拉格光栅传感网络，光束被传感网络上的各个传感光纤布拉格光栅反射，反射后光束经过三端口3-dB光纤耦合器回到测量段单模光纤，再回到四端口3-dB光纤耦合器；被传感网络上第i个传感光纤布拉格光栅反射的光束回到四端口3-dB光纤耦合器时电场强度E_2-i为： 

第i个传感光纤布拉格光栅对应的两束光在四端口3-dB光纤耦合器中发生干涉，透射光的强度为： 

c.透过萨尼亚克环的光束通过光纤环形器入射到由多个参考光纤布拉格光栅串联成的光纤布拉格光栅参考阵列，光纤布拉格光栅参考阵列中的各个参考光纤布拉格光栅与光纤布拉格光栅传感网络中的各个传感光纤布拉格光栅一一对应，并且相对应的参考光纤布拉格光栅和传感光纤布拉格光栅的布拉格波长相同； 

d.光电二极管探测由光纤布拉格光栅参考阵列反射的光束的强度，光电二极管的截止频率为f_b，f_b＜＜Ω，由光电二极管接收到的光强为： 

电光调制器的驱动频率Ω以扫描频率w按照2πwt作线性变化，通过线性扫描，各个传感FBG反射的激光的透射光强分别按cos(f_it)变化 

其中f_i为光强变化的频率； 

光电二极管将光强信号转化为电信号，由数据采集卡进行采集，并进行快速傅立叶变换，在频谱上得到式(5)对应的各个峰，通过测量各个峰的频率f_i的得到各个峰对应的传感光纤布拉格光栅在光纤布拉格光栅传感网络上的位置L_i； 

e.依次在各个传感光纤布拉格光栅上施加应力，使中心波长向长波方向漂移，记录中心波长的移动量与频谱上对应的各个峰的强度改变的关系； 

f.将各个传感光纤布拉格光栅安装在需要传感的环境中，环境中待测物理量改变时，各个传感光纤布拉格光栅的中心波长发生移动，并引起频谱上对应的峰值的强度改变；根据记录的中心波长的移动量与频谱上对应的各个峰的强度改变的关系，得到各个光纤布拉格光栅中心波长的移动量，最终得到各 个光纤布拉格光栅所传感的环境物理量。 

2.如权利要求1所述测量方法所使用的设备，其特征在于：中心波长在光通信波段的宽带光源通过光纤隔离器与四端口3-dB光纤耦合器的输入端口光连接，四端口3-dB光纤耦合器的输出端口与光纤环形器的输入端口连接，光纤环形器的输出端口与光电二极管的输入端光连接，光电二极管的输出端与数据采集卡的输入端电连接，数据采集卡的输出端与快速傅立叶变换分析仪电连接，光纤环形器的中间端口与光纤布拉格光栅参考阵列光连接； 

四端口3-dB光纤耦合器的另外两个端口通过单模光纤连接，单模光纤由电光调制器分为两段，分别为测量段单模光纤和连接段单模光纤，长度分别为L_a和L_b，L_a＞＞L_b，电光调制器的电驱动信号口与正弦信号发生器电连接；测量段单模光纤中插入三端口3-dB光纤耦合器，三端口3-dB光纤耦合器的输入端的两端口分别与测量段单模光纤连接，另一个端口与光纤布拉格光栅传感网络光连接； 

所述的光纤布拉格光栅传感网络由多个不同布拉格波长的传感光纤布拉格光栅串联而成，各个传感光纤布拉格光栅的布拉格波长间隔0.6～1.2nm；光纤布拉格光栅参考阵列中的各个参考光纤布拉格光栅与光纤布拉格光栅传感网络中的各个传感光纤布拉格光栅一一对应，并且相对应的参考光纤布拉格光栅和传感光纤布拉格光栅的布拉格波长相同。