[发明专利]基于布里渊散射同时测量全同弱光纤光栅温度与应变的方法及装置

摘要

一种基于布里渊散射同时测量全同弱光纤光栅温度与应变的装置与方法：本发明利用拉丝塔技术以单脉冲激光能量连动态续刻写超低反射率全同弱光纤光栅，得到大容量光纤光栅阵列传感光纤，m根光纤与2×m光开关连接作为传感探头；通过高速CCD波长解调模块和布里渊频移外差解调模块分别得到各光纤光栅的反射中心波长λi和布里渊频移νi；利用布里渊频移和光栅的温度与应变参数求解，得到各位置处温度与应变大小。本发明克服了布里渊传感技术精度低、速度慢等缺点，简化了大容量弱光栅阵列光纤成缆的复杂性和可操作性，克服了光纤光栅温度与应变的交叉敏感性，还可以提高分布式传感的检测精度。

主权项

一种基于布里渊散射同时测量全同弱光纤光栅温度与应变的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在单模光纤拉丝过程中利用拉丝塔技术动态连续刻写N个反射率在0.01%～1%的全同弱光纤光栅，得到大容量光纤光栅阵列传感光纤（10），m根大容量光纤光栅阵列传感光纤（10）与2×m光开关（9）连接，作为传感探头；2）宽带光源（2）的激光接入第二SOA光开关（4），经脉冲发生器（5）调制成周期性高消光比的脉冲信号，脉冲信号经第二三端口环形器（8）、2×m光开关（9）后，进入所选择的一根大容量光纤光栅阵列传感光纤（10），产生的反射信号经2×m光开关（9）回到第二三端口环形器（8），再经放大、滤波处理后进入高速CCD波长解调模块（17），解调得到各光纤光栅的反射中心波长λi（i=1，2，……N）；与此同时，窄线宽光源（1）的激光接入第一SOA光开关（3），经脉冲发生器（5）调制成周期性高消光比的脉冲信号，脉冲信号的脉宽τ对应于大容量光纤光栅阵列传感光纤（10）中全同弱光纤光栅之间的间隔；脉冲信号经第一三端口环形器（7）、2×m光开关（9）后，进入所选择的一根大容量光纤光栅阵列传感光纤（10），产生的背向布里渊散射信号经2×m光开关（9）回到第一三端口环形器（7），再经放大、滤波处理后进入布里渊频移外差解调模块（16），得到各光纤光栅处的布里渊频移νi（i=1，2，……N）；3）某大容量光纤光栅阵列传感光纤（10）上各光纤光栅的反射中心波长λi和布里渊频移νi满足如下公式：λi=λi0+CTΔTi+CεΔεi   （1）vi=vi0+KTΔTi+KεΔεi   （2）式中，λi0为初始的第i个光纤光栅的反射波长，CT和Cε分别为光纤光栅的温度和应变系数，vi0为初始的第i个光纤光栅位置处的布里渊频移，KT和Kε分别为光纤布里渊频移的温度和应变系数，CT、Cε、KT和Kε提前通过测量大容量光纤光栅阵列传感光纤（10）标定获得，联立（1）、（2），得到第i个光纤光栅处光纤的温度变化量ΔTi和应变变化量Δεi ΔT i = K ϵ K ϵ C T - C ϵ K T Δλ i - C ϵ K ϵ C T - C ϵ K T Δv i - - - ( 3 ) Δϵ i = K T K T C ϵ - C T K ϵ Δλ i - C T K T C ϵ - C T K ϵ Δv i - - - ( 4 ) 其中，Δλi=λi‑λi0，Δvi=vi‑vi0。