[发明专利]大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感领域，具体地指一种大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置，适用于多点数和多参量测量的大容量弱光栅传感网络。

背景技术

光纤传感技术是近年来国际上发展最快的高科技应用技术之一，光纤传感是利用光纤来感知获取信息，并传输感知的信息，其中光纤既作为传感单元又作为传输媒介。光纤传感具有抗电磁干扰、远距离传输、易组网、高灵敏、高可靠等优越性，这些优越性是目前其它传感技术所无法比拟的，尤其是对于恶劣环境条件下的传感应用，光纤传感甚至是不可替代的技术。目前，光纤传感技术的应用已经逐步从军事领域发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域。

光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是光纤传感技术的一个重要研究领域，它可以实现温度、应变、位移、振动等多种参量的传感，特别适合于构建多参量大容量的光纤传感网络。目前光纤光栅组网技术主要采用的是波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）、空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）和时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）等技术。其中，波分复用技术是光纤光栅传感技术中最为常见的复用技术，其优点是信号强、传输快、可多参量组网，但受光源带宽的限制，传感网络中的传感器数量一般只有几十个；空分复用技术采用并行网络结构，传感器之间没有影响，因此串扰低、信噪比高且不受光源的带宽限制，但缺点是测量点数少、功率的利用率较低，往往和WDM技术结合采用以增加测量点数；时分复用技术是通过FBG传感器反射信号的时间差来区分传感器，各传感器可以工作在相同的波长范围，所以传感器数量不受光源带宽影响，复用容量大，且每个传感器具有更大的动态测量范围。因此，时分复用技术是开发大容量光纤光栅传感网络的一个重要的发展方向。

随着光纤传感器应用规模不断扩展、传感能力快速增强、传感器种类日益丰富、传感应用需求灵活多样，光纤传感技术正朝着大容量、高速化、长距离和高性能的光纤传感网络的方向持续发展。大容量的光纤传感网络主要有两方面要求，一是要求测量的点数多，如对大飞机的智能检测往往需要多达上万个点数的传感测量，在海洋资源勘探中多达上万道传感单元的大容量网络也是迫切要求；二是要求测量的参量多，如在一根光纤中对温度、应力、振动、加速度、流量、湿度、气压等多达几十个参量的测量。目前，有些光纤传感网络能实现几千个点数的测量，但仅能实现温度和应变等缓慢变化参量的传感，不能实现更多参量的传感；而有些光纤传感网络能满足多参量的测量要求，但测量点数有限。利用时分复用技术采用大容量弱光栅构建的传感网络能够同时实现多点数和多参量测量，然而现有的传感网络解调方式响应时间长，且难以测量动态变化信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置，仅需一个光脉冲就能够获取光纤上所有光栅反射光的详细信息，并将光栅反射波长的漂移转换为延时的变化，从而大大缩短波长解调时间。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种大容量弱光栅传感网络高速解调方法，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。