[發明專利]大容量弱光柵陣列加工設備及方法

有效

• 申請號: 201610320857.0
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105783956B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 李政穎;桂鑫;王洪海;孫文豐;郭會勇;余海湖;王凡
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 潘杰,李滿

技術領域

本發明涉及分布式光纖傳感檢測技術領域，具體地指一種大容量弱光柵陣列加工設備及方法。

背景技術

光纖傳感器目前由單點檢測逐步發展為多點準分布式和全分布式檢測。由于其能實現大范圍測量中分布信息的提取，可解決目前測量領域的眾多難題。在各種分布式光纖傳感技術中，基于FBG復用的準分布式復用技術對溫度、應變、振動等外界物理量有高傳感靈敏度，以及體積小、動態區間寬、可靠性高、防電磁干擾等優點，成為光纖傳感的突出研究熱點。

光纖光柵傳感的分布式檢測，通過對FBG反射光譜中心波長漂移的檢測來測量外界物理參量的變化，由于其探測能力不受光源功率波動、探測器老化等因素影響，適合進行長期安全監測。近年來在航空航天領域、土木工程領域、機械在線監測領域這些應用場合，對分布式的容量以及空間分辨率要求逐步提高。分布式檢測多采用的是光分復用技術進行解調，最常見的波分復用技術，受光器件帶寬的限制，單路復用容量一般不超過幾十個。為進一步提高光纖光柵傳感器的復用數目，后相繼提出了基于光時域反射(OTDR)以及光頻域反射(OFDR)的解調技術，來提高復用容量。

目前用來提高復用容量的解調方法主要有以下幾種。

(1)董小鵬(董小鵬,鄭俊達.基于波分復用的光纖多防區周界傳感系統[J].中國激光,2012(9):107-110.)，提出了一種新的光纖多防區周界傳感系統，采用波分復用技術實現了監控防區和通道的擴展。利用波分復用器件與技術，多根傳感光纖共用一套干涉系統，實現了多個干涉子系統同時、獨立的監測。實驗結果表明，該系統可以實現多個分散防區同時、獨立的入侵檢測和定位，信號響應時間小于1ms，不同防區間信號的串擾小于-20dB。利用帶寬劃分為多個傳感信道來提高帶寬資源的利用率，單是復用個數受光源譜寬、光柵帶寬及相鄰光柵間距的影響，數量很有限。

(2)張彩霞(張彩霞,張震偉,鄭萬福,等.超弱反射光柵準分布式光纖傳感系統研究[J].中國激光,2014(4):145-149.)采用波長可調諧光源與光時域反射技術(OTDR)結合的方案，通過對光脈沖調制技術和光電轉換電路的優化，實現了一種對超弱全同反射光纖光柵的準分布式解調系統。實驗中，20個中心波長相近的超弱反射光柵間隔2m放置于約5.8km長的光纖尾端，該解調系統成功實現了對這些反射率僅為0.01％的超弱反射光柵高信噪比的解調與定位，并且測得的光纖布拉格光柵(FBG)中心波長隨溫度變化的線性度達到99.7％以上。OTDR解調技術具有高復用、長距離的優勢，然易受脈沖寬度和信噪比的相互制約而難以實現高空間分辨率的要求，一般僅能達到數米的數量級。

(3)Yüksel,K(Yüksel,K,Moeyaert,V,Mégret,P,et al.Complete Analysis of Multireflection and Spectral-Shadowing Crosstalks in a Quasi-Distributed Fiber Sensor Interrogated by OFDR[J].IEEE Sensors Journal,2012,12(5):988-995.)基于光源掃頻和光外差探測的測量技術，不僅理論上具有很高的復用容量，而且具有極高的空間分辨率和精度，但是其復用容量主要受限于FBG的光譜陰影和串擾拍頻。陰影效應和光柵之間的多重反射會對光柵陣列的反射信號造成干擾，而使光柵復用的數量受到限制。

目前，準分布式光纖光柵傳感系統主要的發展瓶頸存在于分布式的復用數量以及空間分辨率上。采用光分復用法來提高分布式光纖光柵傳感系統的復用容量，消除陰影效應以及光柵之間的串擾拍頻則為其重點以及難點。

發明內容

本發明就是針對上述技術問題，提供一種大容量弱光柵陣列加工設備及方法，該設備和方法能大大提高分布式傳感系統的復用容量，使其在溫度、應力、振動等參量的長距離傳感中得到廣泛應用。