[发明专利]一种基于分布式光纤双补偿光栅定标系统及其定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤双补偿系统及其定标方法，应用于分布式光纤传感领域，特别应用于高频扫描过程中的光谱定标。

背景技术

早在1978年加拿大通信中心的Hill K O等人首次在掺锗光纤中采用驻波写入法制成光纤Bragg光栅(FBG)后，美国、欧洲等国家和地区成为光纤光栅传感器和传感技术科学研究和技术开发的热点地区。

光纤光栅传感技术是近年来应用发展非常快的一项高科技光电传感新技术，它的特点是采用无电检测的方式，精确探测和测试各类温度、应力应变、位移、加速度等各类物理量。

由于光纤光栅传感技术在工程化的应用方面获得了许多关键性的技术突破，因此该技术已被成功应用于建筑、隧道、堤坝等构筑物的安全检测中，随着国家电网项目的推动，光纤传感技术也逐渐应用于高压设备的温度传感，其高精确性、抗高温、抗高压等特性使它在未来必将成为高压环境测量的主要手段。

随着各类分布式传感系统大量普及，对即时性要求不高的系统可以使用一步一动的方式，同步探测光谱缓慢变化量，但对于高频率探测，即时性要求高的探测系统中，通常采用大页面采集数据，统一分析处理的手段进行，在这种处理过程中，定标时刻必不可少的过程，国外先进的定标手段使用的是电气石定标，但由于电气石成本高、抗压力、抗电压、抗腐蚀性都比较差，成为在定标过程中的一大难题。

发明内容

为解决上述中存在的问题和缺陷，本发明提供了一种分布式光纤双补偿系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

高频扫描系统，基本有以下几个模块组成：宽带光源，扫频FP，光纤耦合器，双补偿光纤，AD信号采集，ARM核心芯片处理器。宽带光源和扫频FP主要是组成一个最简单的扫频激光器结构，重复着高频扫描的功能；光纤耦合器将扫描出来的宽带光谱的激光分为好几路，分别对每一路作分布式传感；AD采集卡将反射光转化为电信号，并传入ARM核心处理芯片，最终通过USB或网线或3G网络将数据传输出去。

作为一个高频扫描系统，在高频扫描过程中，无法实现扫描与结果单步同步情况下，使用全光谱分析过程中的定标过程。通过定标过程可以完成零理论误差的补偿，完成最精准的补偿定标。

在定标的过程，通过两个补偿光栅所产生的两个反射封进行定标，两个补偿光栅使用相同的应力响应率，但使用不同的零点波长，一个补偿光栅部署于解调仪内部，另一个部署于探测用光纤光栅旁，以保证获得和探测用光纤光栅相同的应力变化。通过如此部署可以但测出定标必须的三个吸收峰波长差，实现补偿定标的准备计算工作。

在接受了AD采集统一存放的历史光谱数据后，在接收到的光谱图可以解析出在外部的补偿光栅和在内部的补偿光栅之间的吸收峰波长差，同时也可以解析出同一路，探测用光纤光栅与内部的补偿光栅的吸收峰波长差。经过简单计算可以实现补偿定标的准备计算工作。

最终，系统将根据内外两个补偿光纤的响应率、零点波长，探测用光纤光栅的响应率、零点波长，和两个不同的吸收峰波长差，通过公式可以解析出补偿定标的标准值，即系统捕捉到的内部补偿光纤光栅的即时吸收峰的位置，完成零理论误差的定标。最终补偿后的内部补偿光纤光栅标准反射峰波长为：