[发明专利]涂覆层紫外透明啁啾弱光纤光栅增强OFDR信噪比及其制备方法

说明书

涂覆层紫外透明啁啾弱光纤光栅增强OFDR信噪比及其制备方法属于光纤分布传感领域；所述的增强OFDR信噪比方法使用涂覆层紫外透明啁啾弱光纤光栅作为OFDR分布传感系统的传感光纤，提高OFDR分布传感系统测量光信号的强度与信噪比；所述的涂覆层紫外透明啁啾弱光纤光栅制备方法使用涂覆层紫外透明光纤，在刻写中无需除去涂覆层，此外利用电控可调光阑和传送轮连续刻写周期由大到小连续排列或由小到大连续排列或由大到小再由小到大连续排列的啁啾弱光纤光栅。本发明使用紫外透明光纤，可实现不剥除涂覆层的直写光纤光栅，提高制造效率；啁啾弱光纤光栅反射光谱较宽可平均反射率，利用波长更宽范围的传感光，提高OFDR分布传感系统的信噪比。

技术领域

本发明属于光纤分布传感领域，特别涉及一种涂覆层紫外透明啁啾弱光纤光栅增强OFDR信噪比及其制备方法。

背景技术

光频域反射(OFDR)技术由于其光谱分辨力高、空间定位精度高、能够连续传感的等性质，是目前使用范围较广的一种高精度分布式传感技术，并且在分布温度、分布应变和空间形状传感领域得到了广泛的关注，获得了极大的发展。

随着OFDR分布传感技术的应用日益广泛，近年来对OFDR技术的传感密度、传感精度和连续传感的需求迅猛发展。传统的方法以弱光纤光栅串作为传感光纤，光纤上有光纤光栅的位置才有应变或温度的传感能力，而光纤光栅之间的普通光纤不具备传感能力，因此仍属于准分布式传感，无法实现真正意义的分布传感。而且，保护光纤的涂覆层对紫外光有很强的吸收作用，因此在刻写弱光纤光栅串的同时还要剥除涂覆层，在刻写完成后再涂覆。涂覆层剥除和再涂覆工序繁琐，再涂覆过程中可能导致光纤损坏，还再涂覆部分还可能影响光纤应变窗安装的传递效率。

近年来，光纤散射现象的研究越来越深入，光纤中的自发瑞利散射逐渐被关注。光纤中的自发瑞利散射的产生原因是制造光纤时，光纤内部的折射率分布微小差异和杂质的存在可以认为是一种稳定不变的随机周期等效弱光栅，其反射光谱与等效弱光栅的周期分布有关，是一种类似“指纹”的光纤局部光谱特性。而当光纤局部在受到应变或温度作用时，等效弱光栅的周期和折射率随之变化，因而，光纤局部的“指纹”光谱也将随之平移，采用光谱互相关的方法可以提取应变或温度信息。但是，光纤中的自发瑞利散射及其微弱，反射信号约为-120dB，导致OFDR分布传感的信噪比极低，影响应变和温度信息的传感精度。

目前，提高OFDR分布传感信噪比的方法主要是对载氢后光纤进行紫外曝光，提高其中的随机周期等效弱光栅的强度。然而，光纤的涂覆层对紫外光的吸收极强，而且光纤包层对紫外光有很强的散射作用，紫外光对光纤纤芯的作用极弱，目前最大可以将反射信号提高10～100倍作用。此外，紫外曝光只是提高光纤中的随机周期等效弱光栅的反射率，其光谱类似“指纹”的杂乱特性并没有改变，因此，类似“指纹”光谱在互相关中的信噪比依旧很低，影响应变或温度的提取精度。而且，在波长扫描范围一定的情况下，较大应变或温度作用于光纤时，类似“指纹”光谱会随之产生较大的平移，在光谱互相关时，光谱相似信号大幅度减少，也会降低应变或温度的提取精度。

综上，OFDR分布传感技术经历了从准分布到真正意义分布传感的历程，利用光纤中的自发瑞利散射虽然实现了空间位置与应变或温度的分布传感，但是自发瑞利散射信号强度很低，虽然采用紫外曝光的方式能够在一定程度上提高信号强度，但是信号强度仍然很低，而且类似“指纹”的光谱特性在后续信号处理与传感信息提取中，仍然存在大范围应变或温度传感中光谱相似性降低，并且影响信噪比的问题。

发明内容