[发明专利]基于非相干频域反射的布拉格光纤光栅阵列解调装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于非相干频域反射的布拉格光纤光栅阵列解调装置，包括DFB频率调制驱动器、温度控制器、DFB激光器、第一光分路器、光环形器、布拉格光纤光栅阵列、第一光电探测器、乘法器、低通滤波器、第一路数据采集卡、第二个光分路器、第二个光电探测器、第二路数据采集卡、光谱仪和信号处理模块；本发明通过乘法器进行频谱搬移，降低信号频率，降低了系统的采样率和数据处理的复杂程度。另外，本发明通过DFB激光器驱动实现对输出光直接进行调制，通过控制DFB激光器的温度实现波长扫描。显著降低了系统的复杂程度和成本。

技术领域

本发明涉及光纤传感解调技术领域，具体地指一种基于非相干频域反射的布拉格光纤光栅阵列解调装置与方法。

背景技术

光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、动态测量范围宽、体积小、易于复用等优点，因此得到了广泛的研究。利用它的稳定性和易构成传感网络，可应用于大型民用工程建筑、航空航天、医学、易燃易爆的石油化工业以及高压高辐射的电力工业、核工业中。在许多复杂的应用场合，经常需要进行多点分布式的测量。以前的测量技术中，通常采用波分复用技术，在一根光纤上面串联多个中心波长具有一定间隔的强反射光栅。由于强反射光栅具有制作成本高，而且受到光源带宽的限制，可复用的容量也有限，在具体工程应用中具有一定的局限性。随着光纤光栅制作技术的不断提高，全同弱反射率光栅的出现解决了此问题。因为具有较低的反射率，全同弱反射光栅每个都可以反射相同波长的光，提高了光栅容量，同样也大大降低了对光源带宽的要求。而且全同弱反射光栅具有可在线刻写，制作方便、成本低等优点，在工程应用方面要优于强反射光栅。

目前对弱反射光栅传感网络的解调主要采用光时域反射技术(OTDR)和光频域反射技术(OFDR)。光时域反射一般采用宽带光源作为光源，经过滤波器滤波后输出一个窄带光，通过高速脉冲驱动控制SOA开关产生高速脉冲光，根据光栅反射回来的时间实现传感器的定位，调节滤波器的中心波长，检测不同中心波长下各个传感器的反射光强得到FBG的光谱，采用高斯拟合得到FBG的中心波长。基于OTDR的解调技术能够实现大容量布拉格光纤光栅复用，但是为减小系统的空间分辨率，需要减小脉冲宽度，对解调系统电路的带宽、采样率和数据传输、算法提出了很高的要求。光频率反射一般采用窄线宽线性扫描光源进行波长扫描，各个时延不同的光栅反射光与光源输出光产生拍频，由于光栅位置不同，拍频得到的信号频率不同，通过傅里叶变化得到反映光栅距离信息的频谱，使用数字带通滤波器分离各个光栅拍频信号的时域信号，最后利用反傅里叶变换(IFFT)结合希尔伯特变化还原光栅的反射光谱信息。OFDR方案可实现大容量弱反射光栅复用，具有空间分辨率高等优点，但是对光源线宽要求高，波长解调过程复杂、不适用与长距离光纤光栅解调。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于非相干频域反射的布拉格光纤光栅阵列解调装置与方法，该装置和方法相比于基于光时域反射的光纤光栅解调技术，明显降低了解调系统的采样率、数据处理、光路和电路的复杂程度。

为实现此目的，本发明所设计的基于非相干频域反射的布拉格光纤光栅阵列解调装置，其特征在于：它包括DFB频率调制驱动器、温度控制器、DFB(Distributed FeedbackLaser，分布式反馈激光器)激光器、第一光分路器、光环形器、布拉格光纤光栅阵列、第一光电探测器、乘法器、低通滤波器、第一路数据采集卡、第二光分路器、第二光电探测器、第二路数据采集卡、光谱仪和信号处理模块；