[實用新型]光強分布式解調系統及分布式傳感光纖

有效

• 申請號: 201420463960.7
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN204101766U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 尚盈;王昌;劉小會;王晨;宋志強
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01D5/26
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術領域

本方案涉及一種分布式聲波監測技術，尤其涉及一種光強分布式解調系統及分布式傳感光纖。

背景技術

目前光纖分布式傳感技術包括光纖雙干涉儀技術、光纖光柵準分布式傳感技術和光時域反射技術。光纖雙干涉儀技術采用Sagnac–Sagnac,?Sagnac–MZ,?Sagnac–Michelson等干涉方案實現分布式測試，其光路設計以及解調算法較復雜，在工程實際應用中存在較多難以克服的問題。

光纖光柵準分布式傳感技術利用光纖光柵的反射作用實現對物理量的分布式監測，在以往的專利和應用中，并且主要是利用光纖光柵的波長變化信息，傳統串接光纖光柵傳感器存在焊點多、損耗大以及機械強度差的缺點，不利于進行長距離大規模的組網，故其在分布式傳感光纖的容量及復用率成為工程應用的瓶頸，主要就是容量低。

光時域反射技術主要是利用光纖在外部擾動作用下產生的Rayleigh、Raman、Briliouin等效應進行測量，其具有光路簡單、傳感器易于鋪設等優點，但其散射后的信號能量很弱，故如檢測距離、空間分辨率等技術指標較低，如果達到較高的技術指標，其解調系統設計更加復雜化，成本劇增，即高精度致使高成本。

發明內容

為了解決分布式測量的工程應用便利性、達到長距離監測、高空間分辨率等高技術指標、高成本的問題，我們結合光時域發射技術和光纖光柵準分布式傳感技術的優點，提出了基于超低反射率光纖光柵的分布式傳感光纖及光強分布式解調系統。

本申請所采取的技術措施是：一種分布式傳感光纖，其特征是分布式傳感光纖是在一根普通單模光纖上刻寫上千個超低反射率的光纖光柵，使得普通單模光纖與光纖光柵成為一體，光纖光柵的反射率R設定在0.1%-1%，有效降低了多徑反射。

超低反射率定義為小于1%的反射率，其特點是減少光纖光柵的多徑反射，提高信號的信噪比。

一種分布式傳感光纖的制作方法包括如下步驟：?

第一步初步設定準分子激光器的脈沖頻率和曝光時間，在普通單模光纖上采用相位掩膜板法刻寫光纖光柵；如圖1所示，首先根據理論計算和經驗值的指導下，初步設定準分子激光器的脈沖頻率和曝光時間，采用相位掩膜板法制作光纖光柵，將光纖盒3放入到傳動軸B上，將光纖4拉出一部分纏繞在收線盒5上，收線盒固定在轉動軸C上，激光器控制器8控制準分子激光器1發出脈沖光，經過光路系統2，脈沖光在A處的光纖上刻寫光柵。

第二步根據干涉法精確測定光纖光柵的超低反射率R（R<1%）；

如果測得的反射率R不是預先設計的反射率，調整準分子激光器的脈沖頻率和曝光時間重新刻寫光纖光柵，直到完成一個預先設計的超低反射率的光纖光柵；通過以上兩個步驟完成了超低反射率R和準分子激光器的脈沖頻率和曝光時間的一一對應關系；

如圖1所示，寬帶光源發出穩定功率（光功率為1mW）的激光進入到第一隔離器，經過第一隔離器后進入到分光比為50:50的第一耦合器的P₁₁端，分束光進入到等長兩臂，一分束光進入到P₁₃端，經過反射率為90%的標準光柵，反射光返回到第一耦合器的P₁₂端，透射光進入到第二隔離器，另一半分束光進入到P₁₄端，經過測試光柵，反射光返回到第一耦合器的P₁₂端，透射光進入到第三隔離器，兩束光P₁₂端干涉，進入到高精度光功率計，分別記錄光功率值最大值W_max和最小值W_min，

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由公式（1）和（2）得出

如果測得的反射率R不是預先設計的反射率，調整準分子激光器的脈沖頻率和曝光時間重新刻寫光纖光柵，直到完成一個預先設計的超低反射率的光纖光柵。

第三步制作分布式傳感光纖；根據分布式傳感系統的參數要求確定光纖光柵的間距d以及個數N，其中間距d決定了光強分布解調系統的空間分布率，d*N?確定了光強分布解調系統的檢測距離；?

（1）調節傳動軸和轉動軸之間的距離為2d,并且使傳動軸和轉動軸的中點A位于準分子激光器的刻寫光纖光柵處，將光纖盒放入到傳動軸上，將光纖拉出一部分纏繞在收線盒上；

（2）在要刻寫光纖光柵處的光纖采用熱去覆法除去涂覆層，按照第二步確定的脈沖頻率和曝光時間刻寫光纖光柵，刻寫完畢后進行光纖涂覆；