[发明专利]一种基于单光子技术的大容量弱反射光栅传感装置与方法

摘要

本发明公开了一种基于单光子技术的大容量弱反射光栅传感装置，包括宽带光源、光隔离器、声光调制器、光衰减器、光环形器、N个依次连接的弱反射光纤光栅阵列、边沿滤波器、单光子探测器、数据处理模块和控制模块；所述弱反射光纤光栅阵列包括若干个间距不同的光栅；其中，N为整数且N≥1。本发明还公开了一种基于单光子技术的大容量弱反射光栅传感装置的测量方法。本发明采用对弱反射光纤光栅阵列，其超低反射率可有效增加复用容量并提高传感长度，进行编组的方式避免单光子探测动态范围不足带来的限制，并可以在实际使用中根据现场情况灵活设置每个区域的光栅间隔与数量；利用边沿滤波器将波长解调转换成强度解调降低系统的复杂度。

主权项

一种基于单光子技术的大容量弱反射光栅传感装置的测量方法，其特征在于，大容量弱反射光栅传感装置包括宽带光源、光隔离器、声光调制器、光衰减器、光环形器、N个依次连接的弱反射光纤光栅阵列、边沿滤波器、单光子探测器、数据处理模块和控制模块；所述弱反射光纤光栅阵列包括若干个间距不同的光栅；其中，N为整数且N≥1；控制模块，用于输出同步信号至声光调制器、光衰减器、单光子探测器模块；宽带光源，用于输出信号光至光隔离器；光隔离器，用于将接收的信号光进行单向传输，输出单向信号光至声光调制器；声光调制器，用于根据接收的同步信号对单向信号光进行调制，输出固定周期的探测脉冲光至光衰减器；光衰减器，用于根据接收的同步信号对探测脉冲光进行衰减，衰减后的探测脉冲光输出至光环形器的第一端口；光环形器，用于将接收的衰减后的探测脉冲光由其第二端口输出至N个依次连接的弱反射光纤光栅阵列；弱反射光纤光栅阵列，用于当接收到衰减后的探测脉冲光时，输出满足布拉格反射条件的弱反射光栅的反射光至光环形器的第二端口，并由光环形器的第三端口输出至边沿滤波器；边沿滤波器，用于对接收的反射光进行强度解调，输出线性滤波后的探测光至单光子探测器；单光子探测器，用于根据接收的同步信号对探测光进行探测，输出电信号至数据处理模块；数据处理模块，用于对接收的电信号进行拼合处理得到时域与光强变化的曲线，根据该曲线计算得到弱反射光纤光栅的位置信息和该位置传感量的变化；大容量弱反射光栅传感装置的测量方法具体包括以下步骤：步骤一、采用控制模块输出同步信号至声光调制器、光衰减器、单光子探测器模块；步骤二、采用宽带光源输出信号光，该信号光经光隔离器单向传输后输出单向信号光至声光调制器；步骤三、声光调制器根据接收的同步信号对单向信号光进行调制，输出固定周期的探测脉冲光至光衰减器；步骤四、光衰减器根据接收的同步信号对探测脉冲光进行衰减，输出衰减后的第1～N级探测脉冲光至光环形器的第一端口；步骤五、当第i级探测脉冲光输入至光环行器的第一端口时，光环形器将衰减后的第i级探测脉冲光由其第二端口输出至N个依次连接的弱反射光纤光栅阵列，满足布拉格反射条件的弱反射光栅的反射光至光环形器的第二端口，并由光环形器的第三端口输出至边沿滤波器，边沿滤波器对该反射光进行强度解调，输出线性滤波后的探测光至单光子探测器；其中，i为整数且1≤i≤N；步骤六、单光子探测器根据同步信号对第i个弱反射光纤光栅阵列所在的区域返回的探测光进行探测，输出电信号至数据处理模块；步骤七、当单光子探测器对第N个弱反射光纤光栅阵列所在的区域返回的探测光的探测完成后，数据处理模块对接收的电信号进行拼合处理得到时域与光强变化的曲线，根据该曲线计算得到弱反射光纤光栅的位置信息和该位置传感量的变化。