[发明专利]自动静态连续制备光纤光栅阵列的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感系统中光纤光栅阵列的制备，具体地指一种自动静态连续制备光纤光栅阵列的装置与方法。 

背景技术

目前，准分布式光纤布拉格光栅的复用技术源于其自身对温度、应力、压力及振动等外界物理量的高灵敏度传感功能，其同时又具有体积小、抗恶劣环境、动态区间宽、可靠性高等突出优点，成为目前光纤传感领域内最有力的竞争者，在许多工业与工程领域特别是超大型的结构中有着广泛的应用。 

在传统的光栅复用传感系统中，大多采用单个高反射非同光栅单元熔焊接的波分复用方法，系统损耗大，其焊点的抗机械强度差导致焊点处存在安全隐患，并且复用的数量有限，一般不超过20个，同时系统的制备效率低，工程施工复杂。目前最新的方法是武汉理工大学使用动态在线连续刻写超低反射率的弱光纤光栅阵列来扩大复用数量的方法，该方法使用光敏光纤预制棒在光纤拉丝过程中使用准分子激光器的单脉冲技术刻写光栅，一个光栅只使用一个光脉冲刻写，因此光栅的反射率能够低至0.1%～0.01%，可使传感单元的复用数量达到1万个。然而该方法对解调仪提出了很高的要求，研制成本高；其次，由于使用光敏光纤，因而光纤的损耗较大；第三，拉丝过程需要大量的气体保护，系统运行成本高；第四，由于是在线动态刻写，对拉丝工艺等各项技术的控制要求十分严格，且光纤光栅的反射率大小很难精确控制；此外，由于反射率很低，对光缆封装结构有很大的要求（Guo, H., Tang, J., Li, X.,Zheng, Y., Yu, H., and Yu, H., On-line writing identical and weak fiber Bragg grating arrays, Chin.Opt. Lett. 11, 030602 (2013)）。授权公告号为CN 102053303B的中国发明专利公开了一种分布式传感光纤及其制备装置和方法，该发明是利用一种特殊的涂覆层，该涂覆层对波长为355nm的紫外光有非常低的吸收率，从而不需要剥除光纤的涂覆层，直接刻写。该方法比较灵活，但一方面，其使用特种光纤，而不是普通的单模光纤，应用范围有限；另外，由于使用355nm的紫外光，因而其刻写光栅的效率低，并且涂覆层对紫外光有一定的吸收，将一定程度上影响光栅成品的性能。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种自动静态连续制备光纤光栅阵列的装置与方法，能够克服上述现有光纤光栅阵列制备的问题，可针对未载氢的普通单模光纤，制备出光纤光栅阵列，其反射率可根据需要定制，相邻光纤光栅的间距可任意控制，且实现大规模生产， 其生产成本低，成品光纤光栅阵列的抗机械强度高。 

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自动静态连续制备光纤光栅阵列的装置，包括沿光纤运行方向依次设置的光纤放线模块、涂覆层剥除模块、光栅刻写模块、涂覆模块和收纤模块；所述光纤放线模块包括绕制有待处理光纤的绕线盘；所述涂覆层剥除模块包括依次设置的CO₂脉冲激光器及其驱动模块、第一反射镜、第二反射镜、聚焦透镜和柱面反射镜，第一反射镜和第二反射镜平行设置，用于实现CO₂脉冲激光器输出光光轴的平移，所述聚焦透镜和柱面反射镜位于光纤的两侧，分别用于使聚焦后的激光和反射的激光到达光纤两侧的表面，实现涂覆层的剥除，所述第二反射镜和聚焦透镜位于可移动平台上，可沿光纤延伸方向平移；所述光栅刻写模块包括准分子激光器和相位掩膜板；所述涂覆模块包括自动紫外光涂覆装置；所述收纤模块包括自动光纤收纤装置。 

上述技术方案中，所述装置还包括计算机控制模块，分别与CO₂脉冲激光器的驱动模块、可移动平台和自动光纤收纤装置连接，分别用于实现CO₂脉冲激光器输出、可移动平台平移和收纤操作的控制。 

上述技术方案中，所述装置还包括光纤光栅阵列在线监控模块；所述光纤光栅阵列在线监控模块包括与自动光纤收纤装置上光纤尾端连接的波/时分光纤光栅解调仪，用于监控所刻写光栅的反射光谱。 

进一步地，所述光纤光栅阵列在线监控模块还包括高清摄像头，其设置于涂覆层剥除模块处，用于监控光纤涂覆层剥除情况。 

上述技术方案中，所述装置中设有若干光纤夹具，用于光纤的支撑和临时固定，以实现各模块执行的操作。 

进一步地，所述光纤夹具为光纤电磁夹具，通过控制其电源开关能够自动打开和关闭。 

本发明提供的一种自动静态连续制备光纤光栅阵列的方法，针对未载氢的普通光纤，在光纤收放线的过程中：