[发明专利]基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置

权利要求书

1.一种基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于，包括可调谐光源、主干涉仪、辅助干涉仪、光电探测器PD1与PD2、数据采集单元和控制处理单元；

所述可调谐光源为主干涉仪与辅助干涉仪提供波长线性变化的周期性扫描光，并通过一耦合器C1实现光束的分束与收集；

所述主干涉仪包括耦合器C3、参考臂和测量臂：

所述参考臂包括一路单模光纤，其末端连接法拉第旋光镜FRM3；所述测量臂包括耦合器C4、以及若干全同弱反射光纤光栅传感器，以对不同空间分布的多个物理参量进行测量；

所述辅助干涉仪包括耦合器C2、两路不同长度的单模光纤以及其末端连接的法拉第旋光镜FRM1与FRM2；两路干涉光经法拉第旋光镜反射后在耦合器C2处发生干涉，并产生辅助干涉仪拍频信号，该拍频信号经探测器PD1光电转换后作为数据采集单元的外部采样时钟；

所述数据采集单元以光电探测器PD1获取的辅助干涉仪拍频信号作为外部采样时钟，对光电探测器PD2获取的主干涉仪拍频信号进行等光频间隔采样，对可调谐光源扫频非线性进行补偿；

所述控制处理单元用以控制可调谐光源及数据采集单元完成主干涉仪拍频信号的采集，并对采集到的拍频信号进行解调，获取各光纤光栅传感器中心波长数据，实现对待测物理参量的测量。

2.根据权利要求1所述的基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于：所述全同弱反射光纤光栅传感器采用灵活复用光纤光栅阵列，灵活复用光纤光栅阵列采用以下结构设计形式：

将单路光纤传感通道通过1×N耦合器拆分为多路光纤传感通道，且所有光纤传感通道共用一条采集通道；每路光纤传感通道包括三部分：长度为L_sensor的测量光纤，长度为L_fiber的连接光纤，以及位于两者之间的长度为L_buffer的缓冲光纤，并且有：

第i通道的连接光纤长度L_fiber(i)为i-1通道三部分长度之和，即：

L_fiber(i)＝L_fiber(i-1)+L_buffer(i-1)+L_sensor(i-1),i≥2 (2)

依次类推，得第N通道的连接光纤长度L_fiber(N)为：

3.根据权利要求1所述的基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于：所述主干涉仪的测量距离z_MI不大于辅助干涉仪两臂间相对距离z_AI的二分之一，即：

z_MI≤z_AI/2 (6) 。

4.根据权利要求1所述的基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于：所述辅助干涉仪中两路单模光纤末端均连接法拉第旋光镜，且通过法拉第旋光镜使两路干涉光的偏振态保持一致。

5.根据权利要求1所述的基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于：由可调谐光源发出的线性扫描光经耦合器C1分为两路，其中5％的扫描光进入辅助干涉仪，95％的扫描光进入主干涉仪。

6.根据权利要求1所述的基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，其特征在于：所述主干涉仪和辅助干涉仪均采用迈克尔逊干涉仪结构。