[發(fā)明專利]一種弱光柵陣列制備方法與控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710122717.7
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106772739B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐健冠;楊坤;商福發(fā);甘維兵;余海湖;楊明紅
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G01H9/00;G01D5/353
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發(fā)明提供一種弱光柵陣列制備控制系統(tǒng)，它包括：光電編碼器，設(shè)置在拉絲塔中主動輪上用于測量光纖拉絲速度，光電編碼器的線數(shù)N滿足2πR/N≤1mm，R為主動輪的半徑；計數(shù)器，光電編碼器每發(fā)射一個脈沖則計數(shù)器示數(shù)加1，且當(dāng)計數(shù)器的示數(shù)m滿足NL/2πR?1＜m≤NL/2πR時，計數(shù)器清零；L為光柵的間距；控制器，用于每當(dāng)計數(shù)器清零時發(fā)出一個信號；準(zhǔn)分子激光器，用于在接收到控制器的信號時，發(fā)射一個激光脈沖刻寫一個光柵。采用本發(fā)明控制系統(tǒng)及方法，得到的相鄰弱光柵的間距不受拉絲速度影響，避免拉絲系統(tǒng)對光柵間距的累計誤差限制，得到光柵間距高精度的弱光柵陣列，大大降低了傳感陣列的解調(diào)難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖振動傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種弱光柵陣列制備方法與控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于弱光柵陣列的光纖振動傳感器有廣泛的應(yīng)用，如基于弱光柵的光纖周界安防系統(tǒng)、可用于海洋油氣勘探與開發(fā)存儲及軍事安全上的水聽器等都有非常重要的作用。光纖水聽器相對于傳統(tǒng)的壓電水聽器具有靈敏度高、抗電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡單和易于復(fù)用等特點。隨著光纖水聽器技術(shù)的不斷完善，其陣列正朝著大規(guī)模、多單元的方向發(fā)展。而傳統(tǒng)干涉型結(jié)構(gòu)的光纖水聽器系統(tǒng)通常比較復(fù)雜，元器件數(shù)目較多，陣列規(guī)模的增加會影響系統(tǒng)的整體性能和可靠性，且不利于實際操作。武漢理工大學(xué)設(shè)計的基于弱光柵陣列的光纖傳感系統(tǒng)通過相鄰光柵之間的干涉，可實現(xiàn)了水聽器陣列的全光纖化、細(xì)線徑、遠(yuǎn)距離和高靈敏度的水聲探測，大大簡化了結(jié)構(gòu)，減少了耦合器和熔接點數(shù)目。雖然利用相鄰光柵的反射形成干涉，通過干涉條紋來實現(xiàn)環(huán)境的變化探測，可以實現(xiàn)水聽器系統(tǒng)的全光纖化。但仍存在關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。其中振動或者水聽器系統(tǒng)解調(diào)最重要的問題是相鄰弱光柵之間的間隔精度，相鄰光柵之間距離精度將大大影響光纖振動或水聽器陣列的解調(diào)速度與探測能力。

發(fā)明專利CN200920187260.9和20151011446.0發(fā)明了一種在線制備光纖光柵系統(tǒng)，在線制備FBG陣列是指在光纖拉制的過程中，利用準(zhǔn)分子激光器的輸出單脈沖激光能量直接刻寫低反射率的光纖光柵陣列技術(shù)，然后在進(jìn)行二次涂覆，形成大容量低反射率的弱光柵傳感陣列，這種制備技術(shù)生產(chǎn)效率高，因而成本大大降低，工藝靈活，涂層均勻，并且光柵陣列無焊點，光纖傳輸損耗低，抗機械拉力強度與光纖一樣，工程施工方便，通常使用時分復(fù)用與波分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行對FBG波長解調(diào)，相對于普通的高反射率的波分復(fù)用系統(tǒng)，這種方法的復(fù)用容量大大增加了傳感器的數(shù)量，形成大容量的光纖傳感系統(tǒng)。武漢理工大學(xué)在動態(tài)連續(xù)制備光纖光柵陣列技術(shù)已經(jīng)成熟，并發(fā)表在Chinese Optics Letters. 2013, 11(3): 030602。該弱光柵陣列對于溫度與應(yīng)變傳感有良好的性能，但是對于振動傳感存在兩個問題：其一是光柵的帶寬不夠，3dB帶寬僅僅0.15 nm，當(dāng)全同弱光柵的中心波長存在一定的偏移時，相鄰之間光柵的中心波長不同，從而不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象；第二個問題是光柵之間的距離間隔不是嚴(yán)格的等距離，其相鄰光柵之間的間隔在1cm~10 cm之間隨機波動，這主要是因為刻寫光柵時受拉絲工藝限制，拉絲速度不勻速，拉絲控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間限制，導(dǎo)致在刻寫光柵時，準(zhǔn)分子激光器的外觸發(fā)脈沖的時間控制不精確造成；相鄰光柵之間距離不精確導(dǎo)致使用匹配濾波器很難精確與每個光柵之間的光程匹配，從而造成系統(tǒng)解調(diào)速度慢，甚至解調(diào)失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種弱光柵陣列制備方法與控制系統(tǒng)，得到光柵間距高精度的弱光柵陣列。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種弱光柵陣列制備控制系統(tǒng)，其特征在于：它包括：

光電編碼器，設(shè)置在拉絲塔中主動輪上用于測量光纖拉絲速度，光電編碼器的線數(shù)N滿足2πR/N≤1mm，R為主動輪的半徑；

計數(shù)器，光電編碼器每發(fā)射一個脈沖則計數(shù)器示數(shù)加1，且當(dāng)計數(shù)器的示數(shù)m滿足NL/2πR-1＜m≤NL/2πR時，計數(shù)器清零；L為光柵的間距；

控制器，用于每當(dāng)計數(shù)器清零時發(fā)出一個信號；