[发明专利]基于波长偏移的光纤光栅逐个锁定解调系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于波长偏移的光纤光栅逐个锁定解调系统，它包括单片机、布拉格光纤光栅波偏装置、布拉格光纤光栅标记装置、牵引轮、准直器、解调仪和计算机，其中，计算机的数据通信端连接单片机的数据通信端连接，单片机的布拉格光纤光栅波偏控制信号输出端连接布拉格光纤光栅波偏装置的控制信号输入端，单片机的布拉格光纤光栅标记控制信号输出端连接布拉格光纤光栅标记装置的信号输入端，准直器的一端接入布拉格光纤光栅传感阵列的起始端，另一端连接解调仪的光信号通信端。本发明可以在线对所刻写的FBG进行质量检测，具有解调速度快、系统容量大。

技术领域

本发明涉及准分布式光纤传感检测技术领域，具体涉及一种基于波长偏移的光纤光栅逐个锁定解调系统及方法。

背景技术

光纤传感器具有抗电磁干扰、电绝缘性能好、耐腐蚀、传输损耗小等特点，具有其他传感器所无法比拟的优势及应用范围。随着FBG技术的发展，FBG传感器已由单点检测逐步发展为多点准分布或者全分布检测，FBG的复用组网，使得众多传感单元可以共享一套波长解调设备，极大地降低了单个传感器的成本，提高了传感器的性价比，推动FBG传感技术在大型结构安全、航空航天、国防军事以及环境监测等领域的应用。FBG复用组网的广范围应用，增加了大容量光栅阵列的应用需求，加大了FBG的生产任务，目前对于生产的大容量FBG阵列，都是在生产结束后通过分段，逐段的分别解调以检测FBG的刻写质量，这种方法十分不方便，不仅耗时耗人力，而且不能及时发现生产的问题造成较大浪费；因此设计一种在线监测FBG阵列(光栅个数高达数万个)的刻写质量参数的装置至关重要。

当前，为了提高FBG传感阵列的复用容量，主要有如下几种方法：波分复用(WDM)、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)，以及这几种复用方式的组合复用方法。上述几种技术在很大程度提高了FBG传感阵列的复用容量，使FBG传感器复用组网成为可能，但都存在自身的缺点。WDM复用技术由于各FBG传感器占用一定的光谱范围，单根光纤上复用数量受光源宽度和测量范围限制，复用数量较少；TDM技术中，单根光纤不受光源带宽的影响，复用容量较大，但是由于各FBG传感器工作波长区间重叠而存在信号串扰，低反射率的FBG可以有效降低串扰的影响，但反射率越低，传感信号越微弱，信噪比越低，将会使得后续解调十分困难；SDM技术需要光开关切换通道，实现不同传感阵列选择，由于光开关存在插入损耗，空分复用级联层次越多插入损耗越大，通道间的寻址时间越长，系统配置复杂。

当前，FBG阵列传感阵列解调方法包括基于光时域反射(OTDR)解调技术以及光频域反射(OFDR)解调技术。差分压缩(专利号2014100788296.9“大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置”)的数据传输方法，实现了大容量高速FBG解调系统对大数据量的高效率传输，在4KHz解调速率下，FBG静态信号数据压缩率达到了16.56％，FBB传感器串联数量可达到512个。光放大终继(专利号201310450293.9“基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统”)的超大量FBG传感系统能够克服现有的时分复用的FBG传感系统中的阴影效应及信号串扰对解调的不良影响，提高了对大容量、长距离光FBG阵列(Fiber Bragg Grating，光纤光栅)的检测，FBG数目可以达到1000个以上。上述几种方法可以满足一般的应用要求，但在线光纤光栅刻写现场，FBG生产可能接连拉制几天，刻写的FBG长度有50Km以上，个数达数万个之多，针对这种大容量FBG阵列的解调以在线实时监测光栅刻写的质量，上述几种方法难于满足要求，并且暂时也没有公开的技术可以解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提出一种基于波长偏移的光纤光栅逐个锁定解调系统及方法，本发明可以在线对所刻写的FBG进行质量检测，具有解调速度快、系统容量大、稳定性好、装置结构简单等特点。