[发明专利]一种光纤光栅的定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感、光学测量技术领域，具体涉及一种光纤光栅的定位方法与系统。

背景技术

FBG(Fiber Bragg Grating,光纤布拉格光栅)具有反射波长随温度、应力等外界因素呈线性变化的特性，因此监测FBG反射波长的偏移即可测量获得外界参数的变化，并且其探测能力不受光源功率波动、光纤弯曲损耗以及探测器老化等因素的影响，所以非常适合长期的安全监测，尤其是其波长编码特性以及能在单根光纤上实现准分布式测量的优点更是其它传感器所无法比拟的，具有广阔的应用前景。

在一些测温报警场合，比如长距离电力电缆接头的测温报警，用户不仅需要得知温度信息，而且需要得知具体哪个电缆接头发出的温度报警，以便维护人员在最短时间内对问题进行排查。因此，采用FBG准分布式光纤传感系统，将不同中心波长的光纤光栅铺设在待测电缆接头上，利用光纤光栅波长解调技术及传感器定位寻址技术便即得出待测节点的温度信息和位置信息。

目前，光纤光栅波长解调和传感器定位寻址一直是基于FBG光纤传感网络的技术难点。国内专利（CN 102102998 A）报道了一种“基于弱布拉格反射结构光纤的分布式传感系统”，其特征是融合了波长调制传感技术和OTDR定位技术的光波长时域反射OWTDR型定位。据调研，国内应用于分布式光纤传感系统中实现定位功能一般都采用OTDR技术，将波长解调技术和OTDR技术结合在一起，从而实现待测点的温度、应力、振动和位置信息。

OTDR技术的实现，需要复杂并且昂贵的电光调制器、函数发生器等组成的控制电路支撑，价格昂贵，适用于定位精度非常高的场合（比如定位精度<1米）；但在大多数分布式传感系统领域，定位精度要求不是很高，增加OTDR功能，则整个系统成本很高，大大限制了分布式传感系统的普及和应用。

另在工程施工中，由于光纤光栅传感头与解调装置之间的距离很长，短则几米，长则几十公里，甚至几百、几千公里，光纤的长度直接导致了解调光纤光栅波长时，势必会与出厂定标的光纤光栅波长不一致，因此，在工程施工时，很多情况下需要到工程现场进行现场定标。

因此，如何实现一种既能解析光纤光栅波长，从而解析出相应的温度、应力等信息，又能简便有效地实现定位，解决工程施工和工程维护等问题，是本技术领域开发人员需要面临解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种简便，不增加任何硬件成本的前提下，便可实现上述功能的方法，即在波长解调的同时，利用本方法，便可同时得出定位信息、温度信息和应变信息等参数，本方法大大简化了光纤光栅解调系统的结构，由于不需要OTDR技术，从而降低了系统成本。采用本方法的光纤光栅解调设备同时具备了解析光栅和实现传感头定位的功能。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种光纤光栅的定位方法，其方法包括以下步骤：配置基于可调谐光源的光纤光栅波长解调装置，其可调谐光源具有波长匀速线性扫描特性，通过设置可调谐光源的波长扫描顺序，分别从短波为起点和以长波为起点，往返扫描一次，便可计算出光栅实际的中心波长以及波长扫描带来的计算波长和实际波长的偏差,继而可以得到待测光栅距离波长解调装置的位置。

按以上方案，其包括以下具体步骤：

步骤1）、配备一台基于可调谐光源的光纤光栅波长解调装置，其波长匀速线性扫描，扫描速度V=dλ/dt，扫描速度V单位nm/s,其中，λ为可调谐光源的波长；t：扫描时间；并至少配备一条光纤纤芯折射率n的光纤,光纤上刻有不同周期的待测光纤光栅；

步骤2）、设置可调谐激光器的扫描波长顺序，首先，从短波扫描到长波，由光纤光栅波长解调装置计算得出光栅波长为λ₁，光栅波长λ₁单位nm；然后，从长波扫描到短波，由光纤光栅波长解调装置计算得出此时光栅波长为λ₂，光栅波长λ₂的单位nm；以上扫描波长顺序可置换；由以上数据，可得出光栅实际的中心波长λ=（λ₁+λ₂）/2，光栅实际的中心波长λ单位为nm；根据公式△λ=（λ₁–λ）或△λ=（λ–λ₂）计算得出由波长扫描带来的计算波长和实际波长之间的偏差，继而根据以下公式得到待测光栅距离波长解调装置的位置：