[發明專利]一種光纖光柵的定位方法及系統

有效

• 申請號: 201310597894.2
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103591971A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 張麗;劉清輝;劉翠青
• 申請（專利權）人: 武漢朗睿科技有限公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李曉林

技術領域

本發明屬于光纖傳感、光學測量技術領域，具體涉及一種光纖光柵的定位方法與系統。

背景技術

FBG(Fiber?Bragg?Grating,光纖布拉格光柵)具有反射波長隨溫度、應力等外界因素呈線性變化的特性，因此監測FBG反射波長的偏移即可測量獲得外界參數的變化，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，所以非常適合長期的安全監測，尤其是其波長編碼特性以及能在單根光纖上實現準分布式測量的優點更是其它傳感器所無法比擬的，具有廣闊的應用前景。

在一些測溫報警場合，比如長距離電力電纜接頭的測溫報警，用戶不僅需要得知溫度信息，而且需要得知具體哪個電纜接頭發出的溫度報警，以便維護人員在最短時間內對問題進行排查。因此，采用FBG準分布式光纖傳感系統，將不同中心波長的光纖光柵鋪設在待測電纜接頭上，利用光纖光柵波長解調技術及傳感器定位尋址技術便即得出待測節點的溫度信息和位置信息。

目前，光纖光柵波長解調和傳感器定位尋址一直是基于FBG光纖傳感網絡的技術難點。國內專利（CN?102102998?A）報道了一種“基于弱布拉格反射結構光纖的分布式傳感系統”，其特征是融合了波長調制傳感技術和OTDR定位技術的光波長時域反射OWTDR型定位。據調研，國內應用于分布式光纖傳感系統中實現定位功能一般都采用OTDR技術，將波長解調技術和OTDR技術結合在一起，從而實現待測點的溫度、應力、振動和位置信息。

OTDR技術的實現，需要復雜并且昂貴的電光調制器、函數發生器等組成的控制電路支撐，價格昂貴，適用于定位精度非常高的場合（比如定位精度<1米）；但在大多數分布式傳感系統領域，定位精度要求不是很高，增加OTDR功能，則整個系統成本很高，大大限制了分布式傳感系統的普及和應用。

另在工程施工中，由于光纖光柵傳感頭與解調裝置之間的距離很長，短則幾米，長則幾十公里，甚至幾百、幾千公里，光纖的長度直接導致了解調光纖光柵波長時，勢必會與出廠定標的光纖光柵波長不一致，因此，在工程施工時，很多情況下需要到工程現場進行現場定標。

因此，如何實現一種既能解析光纖光柵波長，從而解析出相應的溫度、應力等信息，又能簡便有效地實現定位，解決工程施工和工程維護等問題，是本技術領域開發人員需要面臨解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種簡便，不增加任何硬件成本的前提下，便可實現上述功能的方法，即在波長解調的同時，利用本方法，便可同時得出定位信息、溫度信息和應變信息等參數，本方法大大簡化了光纖光柵解調系統的結構，由于不需要OTDR技術，從而降低了系統成本。采用本方法的光纖光柵解調設備同時具備了解析光柵和實現傳感頭定位的功能。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種光纖光柵的定位方法，其方法包括以下步驟：配置基于可調諧光源的光纖光柵波長解調裝置，其可調諧光源具有波長勻速線性掃描特性，通過設置可調諧光源的波長掃描順序，分別從短波為起點和以長波為起點，往返掃描一次，便可計算出光柵實際的中心波長以及波長掃描帶來的計算波長和實際波長的偏差,繼而可以得到待測光柵距離波長解調裝置的位置。

按以上方案，其包括以下具體步驟：

步驟1）、配備一臺基于可調諧光源的光纖光柵波長解調裝置，其波長勻速線性掃描，掃描速度V=dλ/dt，掃描速度V單位nm/s,其中，λ為可調諧光源的波長；t：掃描時間；并至少配備一條光纖纖芯折射率n的光纖,光纖上刻有不同周期的待測光纖光柵；

步驟2）、設置可調諧激光器的掃描波長順序，首先，從短波掃描到長波，由光纖光柵波長解調裝置計算得出光柵波長為λ₁，光柵波長λ₁單位nm；然后，從長波掃描到短波，由光纖光柵波長解調裝置計算得出此時光柵波長為λ₂，光柵波長λ₂的單位nm；以上掃描波長順序可置換；由以上數據，可得出光柵實際的中心波長λ=（λ₁+λ₂）/2，光柵實際的中心波長λ單位為nm；根據公式△λ=（λ₁–λ）或△λ=（λ–λ₂）計算得出由波長掃描帶來的計算波長和實際波長之間的偏差，繼而根據以下公式得到待測光柵距離波長解調裝置的位置：