[发明专利]一种密集光纤光栅阵列解调的装置和方法

说明书

本发明公开了一种密集光纤光栅阵列解调的装置和方法，该装置包括上位机、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、光探测器。其中，光纤光栅阵列为光纤光栅链路多通道排列的复合结构，其单链光纤上刻有不同波长的弱反射光纤光栅，形成密集光纤光栅阵列。该方法是光纤光栅阵列中的光纤光栅受环境变化影响导致反射谱中心波长位移，发生位移的偏移量引起反射信号功率的变化，通过分析回波信号中光纤光栅阵列的中心波长，与校准的光纤光栅阵列中心波长对比从而实现快速解调。本发明实现了数量巨大的光纤光栅传感器快速解调，拓宽了光纤光栅传感的应用领域，应用场合广泛。

技术领域

本发明涉及光纤光栅解调技术研究领域，特别涉及一种密集光纤光栅阵列解调的装置和方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)由于其对温度、应变的变化非常敏感，而成为业内一个非常重要的传感器件。目前，准分布式的光纤光栅温度解调技术被广泛的应用于石油输送管道、输电线、变电站、隧道、大型建筑、铁轨等多个领域，传统解调技术主要利用波分复用原理实现光纤光栅的解调，然而由于波长通道数目有限，目前单根光纤上能复用的光纤光栅数目最多为几十个，不适用很多需要海量传感器的应用。

为了克服上述问题，学术界和产业界开始研究密集光纤光栅阵列。目前学术界和产业界对于密集光纤光栅阵列的解调方式尚比较初步，已有的研究成果和专利有：发明专利申请号：201611039334.5《一种光纤光栅阵列周界入侵系统》，将高反射率的光纤光栅阵列分组，每组里面光纤光栅波长完全一致，只要组内有一个光纤光栅波长变化，就能在光谱上显示出来。这类方法一定程度上提高了单根传感光纤上能串联的光纤光栅数目，但是无法解调任意一条光纤光栅的变化，因此应用也是受限的；发明专利申请号201510297907.3《高分辨率密集光纤光栅布设方法》，提出了将多条错位刻写光纤光栅的光纤相互平行放置，且相邻光纤上的光纤光栅之间间隔适当的距离，从而提高整个光纤簇的光纤光栅数目和空间分辨率，属于空分复用加波分复用的方式，这种方法需要多条光纤才能实现密集阵列，数目越密集实现工艺越复杂。2012年文献“A Large Serial Time-DivisionMultiplexed Fiber Bragg Grating Sensor Network”提出了基于时分复用技术实现光纤光栅复用，2016年文献“Interrogation of a Sensor Array of Identical Weak FBGsUsing Dispersive Incoherent OFDR”，提出了基于频分复用技术实现光纤光栅复用，上述两个方法中实现了单一波长通道的光纤光栅解调，未结合波分复用技术进一步扩大光纤光栅传感器数目，另外上述两个方法需要在小范围内扫描激光器波长实现波长解调，扫描波长需要耗费一定时间，因此无法做到非常高速的解调。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种密集光纤光栅阵列解调的装置和方法，本发明结合时分复用、频分复用和波分复用技术以及空分复用技术，极大提高了单链上光纤光栅传感器的密集度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种密集光纤光栅阵列解调的装置，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。

作为优选的技术方案，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。