[发明专利]基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置

说明书

本发明公开一种基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，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；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，主干涉仪包括由一路单模光纤及末端连接法拉第旋光镜组成的参考臂和由若干全同弱反射光纤光栅传感器组成的测量臂，辅助干涉仪包括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，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；本方案在不增加光分路器、光电探测器等器件的前提下，实现单通道多路光纤光栅传感器的灵活复用，可在多个领域的广泛应用。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置。

背景技术

光纤传感技术是随着光纤通信技术发展起来的一种新型传感技术，光纤光栅传感器(Fiber Bragg Grating,FBG)是应用最广泛的光纤传感器之一，具有灵敏度高、体积小、重量轻、抗电磁干扰、测点密度高等优点，在航空航天、交通、水利、建筑等领域的状态监测中具有重要应用。

在大多数应用场合，通常需要同时监测不同空间分布的多个物理参量，需要布设多个光纤光栅传感器来实现准分布式测量。为了提升系统的感知能力，简化传感系统结构，普遍采用多个光纤光栅传感器复用的方法来构建传感网络，其中波分复用是目前最常用的复用技术。然而，在波分复用系统中，为了保证波长识别的唯一性，必须以牺牲光源的带宽为代价，而光源带宽受器件制造工艺的限制，资源十分紧张。因此，为了实现光纤光栅传感器的大规模复用，需要探索一种新的复用技术来突破光源带宽的限制，而全同弱反射技术恰能满足这一要求，在全同弱反射技术中，弱反射光纤光栅传感器反射率、中心波长和带宽等光学参数均相同，称为“全同”光栅，因其反射率低，并且中心波长、带宽等光学参数相同，突破了对光源带宽的依赖，因而可以实现大规模复用。

目前常用的全同弱反射光纤光栅传感器解调技术主要有光时域反射(OpticalTime Domain Reflectometry,OTDR)技术与光频域反射(Optical Frequency DomainReflectometry,OFDR)技术两种。OTDR技术具有高复用、长距离的优势，然而受到激光脉冲宽度等因素的制约，难以实现高空间分辨率，一般仅能达到米的数量级。OFDR技术是基于光源扫频和光外差探测的测量技术，不仅具有很高的复用容量，且具有极高的空间分辨率，可以达到毫米量级。

然而，当前OFDR传感系统中，多是在一根光纤上串联复用大规模全同弱发射光纤光栅传感器，对光纤光栅传感器反射率要求极为苛刻，增加了制作难度；同时，一旦传感光纤中部分传感器损坏，则会导致其后续传感器全部失效；另外，光纤光栅传感器串联复用限制了对不同区域测量的灵活性。为了解决上述问题，可在系统中增加传感通道数目，实现光纤光栅传感器的多路并行复用，但与此同时光分路器、光电探测器等器件也相应增加，增加了系统成本及复杂性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺陷，提出一种基于OFDR的大规模光纤光栅传感器灵活复用装置，在不增加光分路器、光电探测器等器件的前提下，实现单通道多路光纤光栅传感器的灵活复用。

本发明是采用以下的技术方案实现的：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；

所述主干涉仪采用迈克尔逊干涉仪结构，包括耦合器C3、参考臂和测量臂：