[發(fā)明專利]光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811003427.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN109238355B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐健冠;梅志輝;甘維兵;郭會(huì)勇;南秋明;張翠;鄧艷芳;楊明紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G01K11/32;G01H9/00;G01B11/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置，其特征在于，包括：

寬帶光源和窄帶DFB激光源，通過波長(zhǎng)復(fù)用器與擾偏器連接；

電光/聲光調(diào)制器，與擾偏器連接；

調(diào)制器驅(qū)動(dòng)模塊，與電光/聲光調(diào)制器連接；

摻鉺光纖放大器EDFA，與電光/聲光調(diào)制器連接；

第一環(huán)形器，其第一端口與摻鉺光纖放大器EDFA連接，第二端口與傳感光纖連接，該傳感光纖上間隔設(shè)有窄帶弱光柵陣列和寬帶啁啾弱光柵陣列，且兩個(gè)光柵陣列反射頻譜不重疊；

第二環(huán)形器，其第一端口與第一環(huán)形器的第三端口連接，其第二端口與高反射率的啁啾光柵連接，高反射率的啁啾光柵通過色散補(bǔ)償光纖與第一光電探測(cè)器連接；該高反射率的啁啾光柵的帶寬大于傳感光纖上的寬帶啁啾弱光柵陣列的帶寬，并且中心波長(zhǎng)一致；

第三環(huán)形器，其第一端口與第二環(huán)形器的第三端口連接，其第二端口與第二光電探測(cè)器連接；

耦合器，其第一耦合端口與第三環(huán)形器的第三端口連接，其第二耦合端口與第三光電探測(cè)器連接，其第三耦合端口與第四光電探測(cè)器連接，其第四耦合端口與第一法拉第旋鏡連接，其第五耦合端口與壓電陶瓷的一端連接，壓電陶瓷的另一端與第二法拉第旋鏡連接；

數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理模塊與四個(gè)光電探測(cè)器連接，用于采集信號(hào)并進(jìn)行相位解調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)窄帶弱光柵陣列的準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量以及寬帶啁啾弱光柵陣列的動(dòng)態(tài)傳感測(cè)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置，其特征在于，該傳感光纖通過自動(dòng)快速切換均勻相位掩膜板和啁啾相位掩膜板刻寫窄帶弱光柵陣列和寬帶啁啾弱光柵陣列，窄帶弱光柵與寬帶啁啾弱光柵輪流切換，相距間隔為L(zhǎng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置，其特征在于，窄帶弱光柵陣列和寬帶啁啾弱光柵陣列的反射譜不重疊，并且光柵相隔5nm以上，光柵的反射率為0.01～0.1％，寬帶啁啾光柵的間隔為2L，光柵間距誤差少于1cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置，其特征在于，寬帶光源波長(zhǎng)為λ₁，帶寬為5nm；窄帶DFB激光源波長(zhǎng)為λ₂，其3dB帶寬為小于等于1kHz；λ₁與λ₂相差5nm以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置，其特征在于，所述傳感光纖為單模光纖。

6.一種基于權(quán)利要求1所述的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量的裝置的光纖分布式動(dòng)靜態(tài)參量同時(shí)傳感測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將寬帶光源和窄帶DFB激光器的激光經(jīng)波長(zhǎng)復(fù)用器，并經(jīng)過擾偏器后接入電光/聲光調(diào)制器，經(jīng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)制成周期性高消光比的脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)經(jīng)摻鉺光纖放大器EDFA后進(jìn)入傳感光纖；

(2)不同波長(zhǎng)的脈沖光經(jīng)過傳感光纖后，被反射后經(jīng)過第一環(huán)形器后被分別解調(diào)，第一波長(zhǎng)的光在第二環(huán)形器的第二端口接入高反射率的啁啾光柵，第一波長(zhǎng)的脈沖光與該啁啾光柵的帶寬不重合，第一波長(zhǎng)的脈沖光被該啁啾光柵透射，第二波長(zhǎng)的脈沖光全部被反射；傳感光纖中第一個(gè)窄帶光柵為參考光柵；

(3)第一波長(zhǎng)的脈沖光透射后經(jīng)過色散補(bǔ)償光纖后被第一光電探測(cè)器接收；第二波長(zhǎng)的脈沖光經(jīng)過第三環(huán)形器后，進(jìn)入耦合器，該耦合器與兩個(gè)法拉第旋鏡組成一個(gè)干涉儀，干涉信號(hào)分別通過耦合器的三個(gè)端口進(jìn)入第二、三、四光電探測(cè)器；

(4)對(duì)于窄帶光柵陣列的波長(zhǎng)解調(diào)，第i個(gè)窄帶光柵距離參考光柵的長(zhǎng)度為2(i-1)L,參考光柵與第i個(gè)窄帶傳感光纖通過測(cè)量色散補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間差為Δt_i＝2(i-1)Ln_eff/c+DL_DCF(λ_i-λ_r),當(dāng)傳感光柵中心波長(zhǎng)λ_i發(fā)生變化時(shí)，其Δt_i將發(fā)生變化，Δλ_i＝Δt_i/(DL_DCF)，通過測(cè)量傳感光纖到參考光纖的時(shí)間差Δt_i，得到傳感光纖的波長(zhǎng)變化；其中，L_DCF為色散補(bǔ)償光纖的長(zhǎng)度，n_eff為光纖的折射率,c為光速，D為色散補(bǔ)償光纖的色散系數(shù)參量；

(5)對(duì)于寬帶啁啾光柵陣列的波長(zhǎng)解調(diào)，其相鄰寬帶啁啾光柵間距為2L，調(diào)節(jié)壓電陶瓷，使兩個(gè)法拉第旋鏡的臂長(zhǎng)差等于2L，形成邁克爾遜干涉儀，產(chǎn)生干涉信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理模塊采集信號(hào)并解調(diào)得到各啁啾光柵之間的干涉信號(hào)的相位，得到各位置點(diǎn)的動(dòng)態(tài)信號(hào)，包括振動(dòng)或者聲波信號(hào)。