[发明专利]大容量弱光栅阵列加工设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感检测技术领域，具体地指一种大容量弱光栅阵列加工设备及方法。

背景技术

光纤传感器目前由单点检测逐步发展为多点准分布式和全分布式检测。由于其能实现大范围测量中分布信息的提取，可解决目前测量领域的众多难题。在各种分布式光纤传感技术中，基于FBG复用的准分布式复用技术对温度、应变、振动等外界物理量有高传感灵敏度，以及体积小、动态区间宽、可靠性高、防电磁干扰等优点，成为光纤传感的突出研究热点。

光纤光栅传感的分布式检测，通过对FBG反射光谱中心波长漂移的检测来测量外界物理参量的变化，由于其探测能力不受光源功率波动、探测器老化等因素影响，适合进行长期安全监测。近年来在航空航天领域、土木工程领域、机械在线监测领域这些应用场合，对分布式的容量以及空间分辨率要求逐步提高。分布式检测多采用的是光分复用技术进行解调，最常见的波分复用技术，受光器件带宽的限制，单路复用容量一般不超过几十个。为进一步提高光纤光栅传感器的复用数目，后相继提出了基于光时域反射(OTDR)以及光频域反射(OFDR)的解调技术，来提高复用容量。

目前用来提高复用容量的解调方法主要有以下几种。

(1)董小鹏(董小鹏,郑俊达.基于波分复用的光纤多防区周界传感系统[J].中国激光,2012(9):107-110.)，提出了一种新的光纤多防区周界传感系统，采用波分复用技术实现了监控防区和通道的扩展。利用波分复用器件与技术，多根传感光纤共用一套干涉系统，实现了多个干涉子系统同时、独立的监测。实验结果表明，该系统可以实现多个分散防区同时、独立的入侵检测和定位，信号响应时间小于1ms，不同防区间信号的串扰小于-20dB。利用带宽划分为多个传感信道来提高带宽资源的利用率，单是复用个数受光源谱宽、光栅带宽及相邻光栅间距的影响，数量很有限。

(2)张彩霞(张彩霞,张震伟,郑万福,等.超弱反射光栅准分布式光纤传感系统研究[J].中国激光,2014(4):145-149.)采用波长可调谐光源与光时域反射技术(OTDR)结合的方案，通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化，实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中，20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2m放置于约5.8km长的光纤尾端，该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01％的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位，并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7％以上。OTDR解调技术具有高复用、长距离的优势，然易受脉冲宽度和信噪比的相互制约而难以实现高空间分辨率的要求，一般仅能达到数米的数量级。

(3)Yüksel,K(Yüksel,K,Moeyaert,V,Mégret,P,et al.Complete Analysis of Multireflection and Spectral-Shadowing Crosstalks in a Quasi-Distributed Fiber Sensor Interrogated by OFDR[J].IEEE Sensors Journal,2012,12(5):988-995.)基于光源扫频和光外差探测的测量技术，不仅理论上具有很高的复用容量，而且具有极高的空间分辨率和精度，但是其复用容量主要受限于FBG的光谱阴影和串扰拍频。阴影效应和光栅之间的多重反射会对光栅阵列的反射信号造成干扰，而使光栅复用的数量受到限制。

目前，准分布式光纤光栅传感系统主要的发展瓶颈存在于分布式的复用数量以及空间分辨率上。采用光分复用法来提高分布式光纤光栅传感系统的复用容量，消除阴影效应以及光栅之间的串扰拍频则为其重点以及难点。

发明内容

本发明就是针对上述技术问题，提供一种大容量弱光栅阵列加工设备及方法，该设备和方法能大大提高分布式传感系统的复用容量，使其在温度、应力、振动等参量的长距离传感中得到广泛应用。