[实用新型]光强分布式解调系统及分布式传感光纤

说明书

技术领域

本方案涉及一种分布式声波监测技术，尤其涉及一种光强分布式解调系统及分布式传感光纤。

背景技术

目前光纤分布式传感技术包括光纤双干涉仪技术、光纤光栅准分布式传感技术和光时域反射技术。光纤双干涉仪技术采用Sagnac–Sagnac, Sagnac–MZ, Sagnac–Michelson等干涉方案实现分布式测试，其光路设计以及解调算法较复杂，在工程实际应用中存在较多难以克服的问题。

光纤光栅准分布式传感技术利用光纤光栅的反射作用实现对物理量的分布式监测，在以往的专利和应用中，并且主要是利用光纤光栅的波长变化信息，传统串接光纤光栅传感器存在焊点多、损耗大以及机械强度差的缺点，不利于进行长距离大规模的组网，故其在分布式传感光纤的容量及复用率成为工程应用的瓶颈，主要就是容量低。

光时域反射技术主要是利用光纤在外部扰动作用下产生的Rayleigh、Raman、Briliouin等效应进行测量，其具有光路简单、传感器易于铺设等优点，但其散射后的信号能量很弱，故如检测距离、空间分辨率等技术指标较低，如果达到较高的技术指标，其解调系统设计更加复杂化，成本剧增，即高精度致使高成本。

发明内容

为了解决分布式测量的工程应用便利性、达到长距离监测、高空间分辨率等高技术指标、高成本的问题，我们结合光时域发射技术和光纤光栅准分布式传感技术的优点，提出了基于超低反射率光纤光栅的分布式传感光纤及光强分布式解调系统。

本申请所采取的技术措施是：一种分布式传感光纤，其特征是分布式传感光纤是在一根普通单模光纤上刻写上千个超低反射率的光纤光栅，使得普通单模光纤与光纤光栅成为一体，光纤光栅的反射率R设定在0.1%-1%，有效降低了多径反射。

超低反射率定义为小于1%的反射率，其特点是减少光纤光栅的多径反射，提高信号的信噪比。

一种分布式传感光纤的制作方法包括如下步骤： 

第一步初步设定准分子激光器的脉冲频率和曝光时间，在普通单模光纤上采用相位掩膜板法刻写光纤光栅；如图1所示，首先根据理论计算和经验值的指导下，初步设定准分子激光器的脉冲频率和曝光时间，采用相位掩膜板法制作光纤光栅，将光纤盒3放入到传动轴B上，将光纤4拉出一部分缠绕在收线盒5上，收线盒固定在转动轴C上，激光器控制器8控制准分子激光器1发出脉冲光，经过光路系统2，脉冲光在A处的光纤上刻写光栅。

第二步根据干涉法精确测定光纤光栅的超低反射率R（R<1%）；

如果测得的反射率R不是预先设计的反射率，调整准分子激光器的脉冲频率和曝光时间重新刻写光纤光栅，直到完成一个预先设计的超低反射率的光纤光栅；通过以上两个步骤完成了超低反射率R和准分子激光器的脉冲频率和曝光时间的一一对应关系；

如图1所示，宽带光源发出稳定功率（光功率为1mW）的激光进入到第一隔离器，经过第一隔离器后进入到分光比为50:50的第一耦合器的P₁₁端，分束光进入到等长两臂，一分束光进入到P₁₃端，经过反射率为90%的标准光栅，反射光返回到第一耦合器的P₁₂端，透射光进入到第二隔离器，另一半分束光进入到P₁₄端，经过测试光栅，反射光返回到第一耦合器的P₁₂端，透射光进入到第三隔离器，两束光P₁₂端干涉，进入到高精度光功率计，分别记录光功率值最大值W_max和最小值W_min，

                      (1)

                      (2)

由公式（1）和（2）得出

如果测得的反射率R不是预先设计的反射率，调整准分子激光器的脉冲频率和曝光时间重新刻写光纤光栅，直到完成一个预先设计的超低反射率的光纤光栅。

第三步制作分布式传感光纤；根据分布式传感系统的参数要求确定光纤光栅的间距d以及个数N，其中间距d决定了光强分布解调系统的空间分布率，d*N 确定了光强分布解调系统的检测距离； 

（1）调节传动轴和转动轴之间的距离为2d,并且使传动轴和转动轴的中点A位于准分子激光器的刻写光纤光栅处，将光纤盒放入到传动轴上，将光纤拉出一部分缠绕在收线盒上；

（2）在要刻写光纤光栅处的光纤采用热去覆法除去涂覆层，按照第二步确定的脉冲频率和曝光时间刻写光纤光栅，刻写完毕后进行光纤涂覆；