[发明专利]一种基于OTDR技术的光解调方法及其光解调仪

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅系统的解调技术，可用于石油石化，公路，桥梁，电力等行业，进行温度测量，火灾报警，应力应变监控等。具体涉及是一种基于OTDR技术的光解调方法及光解调仪，用OTDR技术识别相同或者相近的光栅，从而增加光栅解调仪的探头数量。

背景技术

光纤光栅传感技术广泛用于石油石化，公路，桥梁，电力等行业，可以用于温度检测，火灾报警，应力应变监控等。因其使用基于光纤的传感头，具有绝缘性好，传感头不带电，可探测距离长，可靠性好等优点，在有些领域正逐渐取代传统的传感器。

光纤光栅解调仪测量光纤光栅传感头的波长，再根据波长变化，计算出温度，应变等参数。常见的解调原理有宽光源+光谱仪解调和可调谐激光器+探测器两类。

第一种是使用宽谱光源入射到光纤，这样从光纤光栅返回的光是一个和光纤光栅反射谱相同的光束，经过原光纤返回到解调仪，用环行器或者耦合器分开，进入到光谱仪，测量出光波长就可以得到温度和应变的信息。同样一根光纤上可以带1到30个传感头，每个传感头的反射波长之间相差2到3nm，就可以把传感头分辨出来。为了增加测量的点数，使用光开关来切换光纤，一般可以带1到32路，将传感头总数提高到90个以上。因光开关转换的时间长，测量时间会变得很长，不适合实时检测。

第二种是使用可调谐激光器入射到光纤，光纤光栅返回的光带有这一波长的反射率信息，经原光纤返回解调仪，用环行器或者耦合器分开，进入到光探测器，探测器测量出光强信号，相当于测量出了反射率。当波长扫描一遍之后，所有波长上的反射率都被测量出来，可以还原出光纤光栅的反射光谱，据此计算出波长信息，转换出温度和应变的信息。同上，同一根光纤上可以带1到30个传感头。为增加探头数量，可以把可调谐激光器的光先用光分路器分开到1到32根光纤，每根光纤上对应一个光探测器。可以把传感头数量提高到90个以上。因每根光纤有对应的探测器，不需要光开关切换，可以获得基本实时的测量。

但受到光源功率，光谱宽度以及测量时间的限制，以上两种方案最多带的传感头个数很难达到更多。

发明内容

本发明的发明目的是：针对上述现有技术的不足，本发明提供一种可以提高光纤上串接的传感头数量的基于OTDR技术的光解调方法及光解调仪。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种基于OTDR技术的光解调方法，其不同之处在于：首先可调谐光源设定一个波长，然后通过耦合器或者环行器向串联有多个光纤光栅的被测光纤输出短脉冲，被光纤光栅反射回的光信号通过耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出信号送入数据处理单元；然后可调谐光源再设定其他波长，重复以上测试，并把数据送入数据处理单元。数据处理单元整合同一位置光纤光栅不同波长的反射强度信号，得到该光纤光栅的反射光谱；对不同位置的光纤光栅重复以上过程，从而得到光纤上串接的所有光纤光栅的反射光谱和/或光纤光栅在被测光纤上的分布位置。

按以上方案，所述可调谐光源为可调谐激光器，可调谐激光器直接通过电流调制得到光短脉冲，或者直接输出稳定功率的光信号后再通过光调制器调制成光短脉冲，光短脉冲的宽度为10ns到1us之间。

按以上方案，所述光纤光栅为普通光纤光栅、切趾光纤光栅、长周期光纤光栅或者弱光栅。

一种基于OTDR技术的光解调仪，其不同之处在于：其包括可调谐光源、OTDR接收机以及光耦合器或者环行器，所述光耦合器或者环行器用来把入射到被测光纤中的光和从被测光纤反射回的光分开，可调谐光源产生的光脉冲通过光耦合器或者环行器送入串联有多个光纤光栅的被测光纤中，被测光纤上的光纤光栅反射回的光信号通过光耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出电信号送入数据处理单元。

按以上方案，所述可调谐光源为可调谐激光器或者是宽谱光源经过可调谐滤波器的光输出。

按以上方案，所述可调谐光源还包括一个EDFA掺铒光纤放大器，以放大可调谐激光器输出的光信号，获得0.1mW到500mW之间的脉冲光功率。

按以上方案，所述OTDR接收机包括一个用于将光信号转变成电信号的PIN探测器或者APD探测器。

按以上方案，所述OTDR接收机包括一个用于分辨不同时间返回来的光强信号的高速数据采集卡。

按以上方案，所述数据处理单元选用单片机、FPGA、ARM、嵌入式系统、计算机中的一种。

对比现有技术，本发明的原理及有益效果如下：