[发明专利]光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置及方法

权利要求书

1.一种光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，包括：

宽带光源和窄带DFB激光源，通过波长复用器与扰偏器连接；

电光/声光调制器，与扰偏器连接；

调制器驱动模块，与电光/声光调制器连接；

掺铒光纤放大器EDFA，与电光/声光调制器连接；

第一环形器，其第一端口与掺铒光纤放大器EDFA连接，第二端口与传感光纤连接，该传感光纤上间隔设有窄带弱光栅阵列和宽带啁啾弱光栅阵列，且两个光栅阵列反射频谱不重叠；

第二环形器，其第一端口与第一环形器的第三端口连接，其第二端口与高反射率的啁啾光栅连接，高反射率的啁啾光栅通过色散补偿光纤与第一光电探测器连接；该高反射率的啁啾光栅的带宽大于传感光纤上的宽带啁啾弱光栅阵列的带宽，并且中心波长一致；

第三环形器，其第一端口与第二环形器的第三端口连接，其第二端口与第二光电探测器连接；

耦合器，其第一耦合端口与第三环形器的第三端口连接，其第二耦合端口与第三光电探测器连接，其第三耦合端口与第四光电探测器连接，其第四耦合端口与第一法拉第旋镜连接，其第五耦合端口与压电陶瓷的一端连接，压电陶瓷的另一端与第二法拉第旋镜连接；

数据采集与信号处理模块与四个光电探测器连接，用于采集信号并进行相位解调，实现对窄带弱光栅阵列的准静态测量以及宽带啁啾弱光栅阵列的动态传感测量。

2.根据权利要求1所述的光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，该传感光纤通过自动快速切换均匀相位掩膜板和啁啾相位掩膜板刻写窄带弱光栅阵列和宽带啁啾弱光栅阵列，窄带弱光栅与宽带啁啾弱光栅轮流切换，相距间隔为L。

3.根据权利要求1所述的光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，窄带弱光栅阵列和宽带啁啾弱光栅阵列的反射谱不重叠，并且光栅相隔5nm以上，光栅的反射率为0.01～0.1％，宽带啁啾光栅的间隔为2L，光栅间距误差少于1cm。

4.根据权利要求1所述的光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，宽带光源波长为λ₁，带宽为5nm；窄带DFB激光源波长为λ₂，其3dB带宽为小于等于1kHz；λ₁与λ₂相差5nm以上。

5.根据权利要求1所述的光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置，其特征在于，所述传感光纤为单模光纤。

6.一种基于权利要求1所述的光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置的光纤分布式动静态参量同时传感测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将宽带光源和窄带DFB激光器的激光经波长复用器，并经过扰偏器后接入电光/声光调制器，经调制器驱动模块调制成周期性高消光比的脉冲信号；脉冲信号经掺铒光纤放大器EDFA后进入传感光纤；

(2)不同波长的脉冲光经过传感光纤后，被反射后经过第一环形器后被分别解调，第一波长的光在第二环形器的第二端口接入高反射率的啁啾光栅，第一波长的脉冲光与该啁啾光栅的带宽不重合，第一波长的脉冲光被该啁啾光栅透射，第二波长的脉冲光全部被反射；传感光纤中第一个窄带光栅为参考光栅；

(3)第一波长的脉冲光透射后经过色散补偿光纤后被第一光电探测器接收；第二波长的脉冲光经过第三环形器后，进入耦合器，该耦合器与两个法拉第旋镜组成一个干涉仪，干涉信号分别通过耦合器的三个端口进入第二、三、四光电探测器；

(4)对于窄带光栅阵列的波长解调，第i个窄带光栅距离参考光栅的长度为2(i-1)L,参考光栅与第i个窄带传感光纤通过测量色散补偿的时间差为Δt_i＝2(i-1)Ln_eff/c+DL_DCF(λ_i-λ_r),当传感光栅中心波长λ_i发生变化时，其Δt_i将发生变化，Δλ_i＝Δt_i/(DL_DCF)，通过测量传感光纤到参考光纤的时间差Δt_i，得到传感光纤的波长变化；其中，L_DCF为色散补偿光纤的长度，n_eff为光纤的折射率,c为光速，D为色散补偿光纤的色散系数参量；

(5)对于宽带啁啾光栅阵列的波长解调，其相邻宽带啁啾光栅间距为2L，调节压电陶瓷，使两个法拉第旋镜的臂长差等于2L，形成迈克尔逊干涉仪，产生干涉信号，通过数据采集与信号处理模块采集信号并解调得到各啁啾光栅之间的干涉信号的相位，得到各位置点的动态信号，包括振动或者声波信号。