[发明专利]大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置

权利要求书

1.一种大容量弱光栅传感网络高速解调方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在光纤上依次刻写多个弱光栅FBGr、FBG1、FBG2、FBG3……，其中FBGr作为参考光栅，FBG1、FBG2、FBG3……分为m（m≥1）组全同弱光栅阵列，不同组弱光栅阵列的中心波长相同或者不同，m组全同弱光栅阵列构成传感网络；

2）脉冲激光器产生脉冲光，经光环形器进入参考光栅和传感网络，各弱光栅的反射信号返回光环形器后进入掺铒光纤放大器进行放大；

3）放大后的反射信号送入色散补偿光纤，不同波长的光在色散补偿光纤中延时不同，利用光电探测器接收各弱光栅反射信号的时间，通过高速数据采集系统进行信号处理，获得传感网络中各弱光栅的波长变化，实现解调；其中，对于传感网络中任一弱光栅：

Δλ=Δt/D

式中，Δλ为弱光栅的波长变化量，Δt为弱光栅的延时变化，Δt=t-t_r，t、t_r分别为弱光栅和参考光栅的反射信号接收时间，D为色散补偿光纤的总色散。

2.根据权利要求1所述的大容量弱光栅传感网络高速解调方法，其特征在于：所述步骤3）中，放大后的反射信号分别送入色散补偿光纤和一个参考通道，所述参考通道为忽略色散的普通光纤，用于消除色散补偿光纤长度扰动引起的测量误差；对于每一弱光栅，光电探测器接收到两个脉冲信号，分别由色散补偿光纤和参考通道产生，通过高速数据采集系统进行信号处理，获得传感网络中各弱光栅的波长变化，实现解调；其中，对于传感网络中第n个弱光栅FBGn：

Δt_n-Δt_r=D(λ)×L_D×(λ_n-λ_r)(n=1,2…)

式中，Δt_n为光电探测器接收到的弱光栅FBGn两个脉冲信号时间之差t′_n-t_n，Δt_r为光电探测器接收到的参考光栅FBGr两个脉冲信号时间之差t′_r-t_r，D(λ)、L_D分别为色散补偿光纤的色散系数和长度，λ_n为弱光栅FBGn的反射信号波长值，λ_r为参考光栅FBGr的中心波长值。

3.根据权利要求1或2所述的大容量弱光栅传感网络高速解调方法，其特征在于：在整个过程中，保持参考光栅FBGr恒温。

4.根据权利要求1或2所述的大容量弱光栅传感网络高速解调方法，其特征在于：所述色散补偿光纤的色散系数为负值；所述传感网络中，第x组弱光栅的中心波长不大于第x-1组弱光栅的中心波长，x=2,3…m。

5.根据权利要求3所述的大容量弱光栅传感网络高速解调方法，其特征在于：所述色散补偿光纤的色散系数为负值；所述传感网络中，第x组弱光栅的中心波长不大于第x-1组弱光栅的中心波长，x=2,3…m。

6.一种大容量弱光栅传感网络高速解调装置，其特征在于：包括脉冲激光器、光环形器、刻有多个弱光栅的光纤、掺铒光纤放大器、色散补偿光纤、光电探测器和高速数据采集系统；所述脉冲激光器与刻有多个弱光栅的光纤一端相连，多个弱光栅依次为FBGr、FBG1、FBG2、FBG3……，其中FBGr作为参考光栅，FBG1、FBG2、FBG3……分为m（m≥1）组全同弱光栅阵列，不同组弱光栅阵列的中心波长相同或者不同，m组全同弱光栅阵列构成传感网络；光环形器的另一输出端依次经掺铒光纤放大器、色散补偿光纤与光电探测器相连，利用色散补偿光纤的色散效应进行波长-时间的转换，光电探测器的信号输出端与高速数据采集系统连接，用于进行信号处理以实现传感网络中各弱光栅波长变化的解调；高速数据采集系统还与脉冲激光器的控制端相连，用于实现脉冲信号的控制。

7.根据权利要求6所述的大容量弱光栅传感网络高速解调装置，其特征在于：所述色散补偿光纤的两端分别通过光耦合器与一根普通光纤的两端连接，所述普通光纤的色散可忽略，用作参考通道以消除色散补偿光纤长度扰动引起的测量误差。

8.根据权利要求6或7所述的大容量弱光栅传感网络高速解调装置，其特征在于：所述参考光栅FBGr处设有恒温控制设备，用于保持参考光栅FBGr处于恒温状态。