[发明专利]一种密集光纤光栅阵列解调的装置和方法

权利要求书

1.一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，包括上位机、控制采集板卡、用于发射不同波长的激光发射装置、m×n式光纤耦合器、1×2式光纤耦合器、光纤光栅阵列以及光探测器，所述m×n式光纤耦合器中，m≥1，n＞1；

所述激光发射装置、1×2式光纤耦合器分别与m×n式光纤耦合器连接，光纤光栅阵列中的N条传感光纤链路分别与1×2式光纤耦合器连接，1×2式光纤耦合器、控制采集板卡分别与光探测器连接，激光发射装置、上位机分别与控制采集板卡连接，所述光纤光栅阵列为光纤光栅链路多通道排列的复合结构，光纤单链上刻写有多个弱反射光纤光栅，排列形成光纤光栅阵列。

2.根据权利要求1所述一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，所述激光发射装置为激光器阵列，所述激光器阵列的各个激光器的激光波长处于不同波长通道内，相邻波长通道相互之间中心波长间隔在1纳米以上。

3.根据权利要求2所述一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，所述激光器阵列的各个激光器能够通过改变温度或电流等方式在小范围内改变波长，波长可调范围为各个激光器所处的波长通道范围。

4.根据权利要求1所述一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，所述激光发射装置为波长可调激光器，所述波长可调激光器的激光波长能够大范围改变波长，波长可调范围包含光纤光栅阵列上所有光纤光栅的波长。

5.根据权利要求1所述一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，所述光纤光栅为宽光谱弱反射光纤光栅，其最大反射率为1％，最小光谱半高全宽为0.5纳米。

6.根据权利要求1所述一种密集光纤光栅阵列解调的装置，其特征在于，所述光纤单链上的光纤光栅阵列分为多组，同一组内的光纤光栅的布拉格波长不同，处于不同波长通道上，其他组的光纤光栅布拉格波长是其重复；同一组内的光纤光栅在传感光纤上分布位置相互之间相邻，处在传感光纤上同段位置，不同组光纤光栅处于传感光纤上不同段位置。

7.根据权利要求2所述密集光纤光栅阵列解调的装置的调解方法，其特征在于，该方法基于脉冲激光时分复用和波分复用的方法，具体为：

步骤一、光纤光栅阵列光谱标定：

(1)将所述光纤光栅阵列放置于已知温度和应变的标定环境中；

(2)控制激光器阵列中各个激光器依次发射脉冲激光，入射到传感光纤，脉冲光经各个光纤光栅反射形成反射光信号，再经过1×2式光纤耦合器由光探测器转换为电信号，不同位置的光纤光栅反射的时刻不同，可以区分光纤光栅阵列内各个光纤光栅的位置，通过控制采集板卡采集电信号的强度；

(3)逐个驱动激光器阵列中各个激光器在其可调范围内扫描改变波长并重复步骤(2)，获取到光纤光栅阵列中各个光纤光栅的光谱，并记录下来，同时记录各个光纤光栅所处的环境温度和应变值，实现光谱标定；

步骤二、光纤光栅阵列快速解调：

(4)将所述光纤光栅阵列放置于待测环境中；

(5)固定激光器阵列中各个激光的波长，让其处于传感光纤光栅的斜边上，通过时分复用工作方式获取各个光纤光栅反射强度，获取的各个光纤光栅反射强度与步骤一中记录的各个光纤光栅反射光谱比较，即可获得各个光纤光栅光谱漂移值，实现快速解调过程；

(6)每隔一段时间，暂停(5)，重复(3)进行光谱标定，获取到光纤光栅阵列中各个光纤光栅的最大反射值，以获取到的各个光纤光栅最大反射值作为各个光纤光栅布拉格波长的反射值，并依此修改(3)中记录的光纤光栅光谱，然后在重新进入步骤二；

(7)通过控制采集板卡采集不同通道的信号，最终实现多光纤链路的同时测量。

8.根据权利要求7所述密集光纤光栅阵列解调的装置的调解方法，其特征在于，所述激光器阵列的各个激光器的强度被正弦调制，并且正弦调制的频率线性变化。

9.根据权利要求7所述密集光纤光栅阵列解调的装置的调解方法，其特征在于，所述激光器阵列的各个激光器为脉冲激光器。

10.根据权利要求2所述密集光纤光栅阵列解调的装置的调解方法，其特征在于，该方法基于正弦调制激光的频分复用和波分复用方法，具体为：

步骤一、光纤光栅阵列光谱标定：

(1)将所述光纤光栅阵列放置于已知温度和应变的标定环境中；

(2)控制激光器阵列内各个激光器依次工作，激光器工作时其强度被正弦调制，并且正弦调制的频率线性变化。被调制的激光入射到传感光纤，经各个光纤光栅反射形成反射光信号，再经过1×2式光纤耦合器由光探测器转换为电信号，被调制激光被不同位置的光纤光栅反射，通过检测反射回的光信号的频率和本地的调制频率的频率差不同，可以区分光纤光栅阵列内各个光纤光栅的位置。通过控制采集板卡采集电信号的强度。采集到的信号经过频谱变换，获取频率和强度信息，并记录下来；

(3)逐个驱动激光器阵列中各个激光器在其可调范围内扫描变波长并重复步骤(2)；获取到光纤光栅阵列中各个光纤光栅的光谱，并记录下来，同时记录各个光纤光栅所处的环境温度和应变值，实现光谱标定；

步骤二、光纤光栅阵列快速解调：

(4)将所述光纤光栅阵列放置于待测环境中；

(5)固定激光器阵列中各个激光器的波长，让其处于传感光纤光栅的斜边上，通过频分复用工作方式获取各个光纤光栅反射强度，获取的各个光纤光栅反射强度与步骤一中记录的各个光纤光栅反射光谱比较，即可获得各个光纤光栅光谱漂移值，实现快速解调过程；

(6)每隔一段时间，暂停(5)，重复(3)进行光谱标定，获取到光纤光栅阵列中各个光纤光栅的最大反射值，以获取到的各个光纤光栅最大反射值作为各个光纤光栅布拉格波长的反射值，并依此修改(3)中记录的光纤光栅光谱，然后在重新进入步骤二；

(7)通过控制采集板卡采集不同通道的信号，最终实现多传感光纤链路的同时测量。