[发明专利]一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法和装置

权利要求书

1.一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：制作大容量光栅阵列的双参量准分布式传感装置，包括光栅传感解调仪，双模光纤、倾斜布喇格光栅阵列；倾斜布喇格光栅阵列刻写在双模光纤的纤芯中；倾斜布喇格光栅阵列包括若干均匀排列并与双模光纤保持小角度倾斜的倾斜布喇格光栅，每个倾斜布喇格光栅的长度相等，相邻两个倾斜布喇格光栅的间隔相等，每个倾斜布喇格光栅的包括反射光谱、反射率的特征参数一致；光栅传感解调仪的光学信号输出端连接双模光纤的一端，双模光纤的另一端连接光纤终结器；

S2：将双模光纤平铺至待测区域，在保证双模光纤水平且不弯曲的情况下与待测区域紧密接触，使倾斜布喇格光栅阵列中的倾斜布喇格光栅位于一条直线上；

S3：倾斜布喇格光栅由于受到待测区域中温度和形貌的影响使自身的温度和微弯状态发生相应的改变，导致反射峰的中心波长和强度发生变化；光栅传感解调仪对每个倾斜布喇格光栅的反射谱信息进行实时测量，根据反射峰的中心波长和相对强度变化实现对待测区域的温度和微弯的双参量准分布式传感。

2.根据权利要求1所述的一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法，其特征在于：所述的步骤S3中测量的任意一个倾斜布喇格光栅包含第一反射峰和第二反射峰；第一反射峰是由双模光纤的二阶模LP₁₁模式在倾斜布喇格光栅处自耦合形成的反射峰，第一反射峰的中心波长受温度影响，第一反射峰的强度受微弯状态的影响；

第二反射峰是由双模光纤的基模LP₀₁模式在倾斜布喇格光栅处自耦合形成的反射峰，第二反射峰的中心波长受温度影响，第二反射峰的强度不受微弯状态影响；第一反射峰和第二反射峰的中心波长用于测量温度的变化值，第一反射峰和第二反射峰的相对强度变化用于测量光纤光栅处的微弯程度。

3.根据权利要求2所述的一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：

S31：光栅解调仪测量每个倾斜布喇格光栅的第一反射峰和第二反射峰的中心波长和强度信息；

S32：第一反射峰和第二反射峰的中心波长受温度影响发生漂移，设中心波长的变化量为dλ，温度的变化量为dT，倾斜布喇格光栅的温度灵敏度为K；则波长变化量与温度变化呈线性关系，满足如下公式：

dλ＝KdT；

根据上述变化规律还原外界的温度；

S33：设自耦合系数为σ，初始中心波长为λ，平均折射率调制深度为归一化系数ν(θ)由倾斜角度决定，还随着光纤微弯程度的增大而减小，导致反射峰强度降低；第一反射峰的强度受到光纤微弯状态的影响，反射峰强度由二阶模LP₁₁模式在光栅区域处的自耦合系数决定，满足如下公式：

根据上述变化规律还原外界的微弯变化。

4.根据权利要求3所述的一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法，其特征在于：所述的步骤S32中，倾斜布喇格光栅的温度灵敏度K在中心波长1550nm下对应为0.0109nm/℃。

5.根据权利要求3所述的一种大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法，其特征在于：所述的步骤S33中，初始中心波长λ＝1550nm；

弱布喇格光栅的平均折射率调制深度

倾斜角度为0度时，归一化系数ν(θ)＝1。

6.一种用于权利要求1至5中任意一项所述的大容量光栅阵列的双参量准分布式传感方法的传感装置，其特征在于：包括光栅传感解调仪，双模光纤、倾斜布喇格光栅阵列；

倾斜布喇格光栅阵列由单脉冲紫外激光通过相位掩模板刻写到双模光纤的纤芯中；倾斜布喇格光栅阵列包括若干均匀排列并与双模光纤保持小角度倾斜的倾斜布喇格光栅，每个倾斜布喇格光栅的长度相等，相邻两个倾斜布喇格光栅的间隔相等，每个倾斜布喇格光栅的包括反射光谱、反射率的特征参数一致；

光栅传感解调仪的光学信号输出端连接双模光纤的一端，用于依次测量每个倾斜布喇格光栅的谱形信息，双模光纤的另一端连接光纤终结器。