[發明專利]一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監測裝置和傳感方法

有效

• 申請號: 201410232267.3
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103994785A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 姜德生;許儒泉;程乘
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01D5/38
• 分類號: G01D5/38
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明屬于傳感監測技術領域，具體涉及一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監測裝置和方法。?

背景技術

光纖傳感器具有質量輕、耐高溫、耐腐蝕、抗電磁干擾、現場無源等優點，能工作在高溫高壓、火災等一般人無法到達的環境，比傳統電類傳感器具有更廣闊的應用前景。?

目前光纖光柵傳感監測技術中所使用的匹配光纖光柵與傳感光柵比較標定的方法，這種方法受到匹配光柵與傳感光柵實際制造中工藝差別的限制，光纖光柵傳感器之間的串擾噪聲較大，另外，傳感網絡復雜，系統造價昂貴。同時其他通過弱光柵串聯成網的方法，網絡規模受到光柵反射率的限制，但弱光柵反射率過弱又會造成傳感信號不強，對信號的探測與解調造成極大的難度。綜上所述，現有光纖光柵傳感網絡技術中存在的光纖光柵傳感器之間的串擾噪聲較大、網絡結構復雜、系統造價昂貴的缺點，限制了傳感網絡規模的發展。?

發明內容

為解決現有光纖光柵傳感網絡技術中存在的光纖光柵傳感器之間的串擾噪聲較大、網絡結構復雜、系統造價昂貴的缺點，本發明提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監測裝置，實現提高光纖光柵傳感器之間信噪比，簡化傳感網絡結構，降低成本的目的。?

為了達到上述發明目的，本發明采取以下技術方案：?

提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監測裝置，包括，?

光源模塊，用于提供相干脈沖光，其脈沖寬度長于弱光纖光柵陣列中相鄰兩個光纖光柵之間反射所需時間；弱光纖光柵陣列，接收光源模塊發出的相干脈沖光，在弱光纖光柵陣列中相鄰兩個光纖光柵之間的反射光之間發生干涉；光電探測器，置于弱光纖光柵陣列的輸出端，探測該干涉信號并傳送到控制器；控制器，與光電探測器相連接，用于采集該干涉信號，并對產生該干涉信號的光纖光柵傳感器件進行查詢。?

所述弱光纖光柵陣列為光纖布拉格光柵陣列。?

所述光源模塊包括發出相干激光的光源，及在所述光源后設置的光開關，由所述控制器中的脈沖發生器發出電時序信號，脈沖發生器與光開關連接，對光開關進行控制。所述光源為單波長相干激光光源或多波長相干激光光源。?

為對相干脈沖光進行放大，在所述光開關與所述弱光纖光柵陣列之間設置光放大器，對進入弱光纖光柵陣列之前的相干脈沖光進行放大。?

所述光放大器和弱光纖光柵陣列之間還設置有一個3端口光環行器，所述光放大器的輸出端連接光環行器的1端口，光環行器的2端口連接弱光纖光柵陣列，光環行器的3端口連接所述光電探測器。?

在所述光電探測器輸出端和所述控制器的輸入端之間還設置有低通濾波器，光電探測器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接，低通濾波器的輸出端與控制器的輸入端相連接。?

控制器中還設置有數模采集卡，對電信號進行采集。?

本發明基于弱光纖光柵陣列的傳感監測裝置原理為：相干光源經過光開關后被調制為相干脈沖光，光開關由脈沖發生器發出的電時序信號所控制，脈沖發生器由所述控制器進行控制。經過光開關后的相干脈沖被光放大器放大，繼而進入光環行器的1端口，從1端口進入的光信號，由光環行器的2端口輸出，輸入弱光纖光柵陣列，光信號在弱光纖光柵陣列中各相鄰2個光纖光柵之間進行反射光干涉后，干涉信號從光環行器的3端口輸出，進入光電探測器，光信號轉換為電信號，光電探測器的輸出端連接低通濾波器的輸入端，被低通濾波器濾波后，信號進入控制器，所述信號由控制器中的數模采集卡所采集，并進行處理，對產生該干涉信號的光纖光柵傳感器件進行查詢，具體為通過采集不同時間的干涉信號，對光纖光柵陣列傳感器件進行地址查詢及光波長信息的查詢。?

本發明還提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監測方法，包括：?

對入射到弱光纖光柵陣列中的相干脈沖光的脈沖寬度進行控制，使該脈沖寬度長于光在相鄰兩個光纖光柵之間反射所需時間；相鄰兩個光纖光柵的反射光之間發生干涉，該干涉信號通過光電探測器傳送到控制器；控制器采集該干涉信號，并對產生該干涉信號的光纖光柵傳感器件進行查詢。?

如需對第i個和第i+1個光纖光柵干涉信號進行查詢，即需要采集時間為?的反射光的干涉信號，其中ΔL_i是第i個光柵和第i+1個光柵之間的間距。這個干涉信號包括了前后兩個相鄰光纖光柵反射光的干涉信號，通過后續的數據處理可以分析傳感器所感知的環境參數的變化。?