[發(fā)明專利]采用弱反射FBG的分布式傳感網絡及其各FBG的精確定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110373500.6
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102506916A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉武;楊奇;陳幫
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/38
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本發(fā)明涉及光纖傳感領域，具體涉及采用弱反射FBG的分布式傳感網絡及其各FBG的精確定位方法。

背景技術

FBG(Fiber?Bragg?Grating，光纖布拉格光柵)是目前分布式光纖傳感網絡中最主要的傳感器件。由于FBG具有反射波長隨溫度、拉力等外界因素呈線性變化的特性，因此，監(jiān)測FBG反射波長的偏移即可測量獲得外界參數(shù)的變化，并且其探測能力不受光源功率波動、光纖彎曲損耗以及探測器老化等因素的影響，且具有自校準特性，所以，非常適合長期的安全監(jiān)測。

傳感器定位尋址及波長解調是基于FBG的分布式光纖傳感網絡的難點。目前通常有兩種方式對FBG進行定位尋址：第一種是波分方式，分別對不同位置處布放的FBG具有不重疊的反射波長窗口，根據(jù)反射波長所處的波長窗口即可確定發(fā)生反射的FBG；第二種是時分方式，適用于布放的FBG的波長窗口可能存在重疊的情況，當一個單波長光脈沖在多個弱反射FBG處先后發(fā)生反射，通過反射波長先確定FBG的波長窗口，同時通過返回光脈沖的時間間隔確定各FBG的布放距離，從而唯一地定位該FBG。

目前已實用化的分布式光纖光柵傳感網絡多采用波分尋址方式，但這種方法探測光的前向傳輸損耗大，單根光纖上可復用的FBG個數(shù)也受限。為提高測量點布放的密度，實現(xiàn)大容量長距離的分布式傳感網絡，采用時分尋址方式結合弱反射FBG是一條有效途徑。弱反射FBG具有窄帶寬、弱反射的周期結構，僅對中心波長附近極小的范圍有很低的反射率。當信號光入射光纖纖芯，僅較微弱的一部分光被中心波長與信號光波長一致的FBG反射，剩下的大部分光繼續(xù)向前傳輸。

典型的基于時分波分混合尋址方式的FBG分布式傳感網絡如圖1所示。其中發(fā)射端為波長可調光源，波長可調光源發(fā)送波長和開關的時間可調諧，可發(fā)出矩形光脈沖。光環(huán)形器將探測光送入FBG陣列，并將反射光送入探測器。FBG陣列是由不同波長窗口的多個弱反射FBG按波長不同串連起來構成，相同反射窗口的弱反射FBG間隔一定距離后重復布放。光探測器則處理返回的光脈沖序列，確定弱反射FBG的反射波長和反射位置。

但上述基于波分時分混合方式尋址的方案存在一定局限：分布式傳感網絡的空間分辨率有限，存在測量盲區(qū)，使用弱反射FBG時會因多次反射帶來串擾。為克服上述問題，提高系統(tǒng)的容量的同時改善系統(tǒng)性能，必須對現(xiàn)有的分布式傳感網絡和信號處理方式進行改進。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種采用弱反射FBG的分布式傳感網絡及其FBG的精確定位方法，在弱反射FBG陣列的末端設置全反射面，在弱反射FBG陣列的始端通過分析時域反射信息，獲得每一個弱反射FBG的精確位置，從而提高了分布式光纖傳感網絡的空間分辨率，沒有測量盲區(qū)，避免多次反射帶來串擾。

為達到以上目的，本發(fā)明提供了一種采用弱反射FBG的分布式傳感網絡，包括弱反射FBG陣列和定位系統(tǒng)，所述弱反射FBG陣列由串聯(lián)在光路中的N組弱反射FBG組成，每個所述FBG組中包括M個依次順序設置的弱反射FBG，且每個FBG組中的M個所述弱反射FBG的中心反射波長均不相同，N≥2，M≥2，所述定位系統(tǒng)包括設置在弱反射FBG陣列始端的可調諧激光光源、探測器和計算單元，以及設置在弱反射FBG陣列末端的全反射面，所述光路上設有參考反射點，所述可調諧激光光源依次發(fā)射與所述參考反射點及待掃描弱反射FBG中心波長相同的光脈沖，所述探測器探測所述參考反射點的直接反射時間t_n和間接反射時間t′_n，以及每個所述弱反射FBG的直接反射時間t_mi和間接反射時間t′_mi，所述間接反射時間為相應波長的光脈沖透過所述參考反射點或相應的所述弱反射FBG并經全反射面、參考反射點或弱反射FBG、全反射面再次反射回探測器的時間；所述計算單元根據(jù)計算公式得到第i個反射波長為λ_m的弱反射FBG與參考反射點之間的距離d_mi-d_n，i＝1、……、N；式中，d_mi為第i個反射波長為λ_m的弱反射FBG到所述弱反射FBG陣列始端的距離，d_n為所述參考反射點到所述弱反射FBG陣列始端的距離，c為光速。

上述分布式傳感網絡中，所述參考反射點為所述弱反射FBG陣列中的任意一個弱反射FBG或光路上的光纖接續(xù)點。