一种强度解调的光纤光栅准分布式传感系统的制作方法

1.本发明涉及光纤光栅技术领域，具体涉及一种强度解调的光纤光栅准分布式传感系统。


背景技术：

2.光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源光纤器件；光纤光栅主要的制作方法是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜，当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
3.光纤光栅传感器经过最近二十年的研究和发展，是技术已经比较成熟的光纤传感器，具有抗电磁干扰、电绝缘性能好、安全可靠、耐腐蚀、体积小、重量轻、传输损耗小、传输容量大等优点，还可实现多点分布式测量，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，比如：可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、 电压、液位、液体浓度、成分等，因此在传感领域得到了广泛的应用。在土木工程、交通设施、油气管道、大型构件、气体吸收等系统中得到了较多的开发应用，体现出来明显的实时监测和准分布式的价值和优势。
4.目前，一般使用解调仪器对光纤光栅传感器测量的参数进行解调，解调的机制都是基于外部参量导致光纤光栅反射中心波长的变化，然后通过扫描光纤光栅中心波长，与滤波器进行时域匹配，获得波长的变化量；即，目前针对光纤光栅解调仪的机制大都是根据光纤光栅的中心波长变化进行波长解调；虽然具备信号解调速率快、精度高等特点，但是也存在解调设备昂贵，在小规模或者小场景应用中，成本过高，信号不易反馈等问题。
5.现有技术中偶有对光纤光栅传感器进行强度解调的示例，如专利cn201410756602.x，一种强度解调型光纤气体传感装置，该专利中利用空心光纤作为气体探测传感器，利用啁啾光纤光栅作为滤波器，传感器反馈的光信号进行滤波，从而反映强度变化；但这种强度解调机制，依赖于具有特定性的光纤光栅，如啁啾光纤光栅和长周期光纤光栅，多针对单一性的光纤光栅传感器进行使用，不适用于光纤光栅传感系统的大规模分束和分布应用。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种强度解调的光纤光栅准分布式传感系统，采用强度解调机制实现分布式测量，具有成本低，体积小，结构简单，信号易反馈等优点，适合在小规模或小场景中应用。
7.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种强度解调的光纤光栅准分布式传感系统，包括通过传输光纤依次连接的光
源、光纤光栅、plc分束器、光纤光栅传感器、pd探测器和信息采集处理电路模块，所述光源采用宽光谱光源，光波经光纤光栅后进入plc分束器被分成1*n的通道，每通道上连接一个与前路上的光纤光栅参数相同的光纤光栅传感器，每一个通道还对应一个pd探测器，用于将光信号转换为电信号，信息采集处理电路模块用于对电信号进行数据处理和判别后输出光谱。
8.在一个优选的实施例中，所述标准光纤光栅的中心波长为1549.92nm， plc分束器为1*8分束器。
9.在另一个优选的实施例中，所述标准光纤光栅的中心波长为1543.68nm， plc分束器为1*2分束器。
10.所述光源为ld激光或led。
11.通道中的光纤光栅传感器根据待测物理量进行必要的封装。
12.所述待测物理量包括但不限于位置、温度、应力、应变、振动。
13.有益效果：本发明的光纤光栅准分布式传感系统，采用和标准光纤光栅相同的光纤光栅传感器实现准分布式测量，通过pd探测器及信息采集处理电路模块对测试数据进行采集和处理并输出光谱，实现了强度解调，实验表明，本发明解调机制可靠，比传统解调仪结构简单、成本低、体积小，信号易反馈，且能够实现多参量的准分布式测量。
附图说明
14.图1 本发明的光纤光栅准准分布式传感系统的示意图；图2 本发明实施例1的升温过程光谱测试结果；图3 本发明实施例1的升温过程输出光功率测试结果；图4 本发明实施例1的降温过程光谱测试结果；图5 本发明实施例1的降温过程输出光功率测试结果；图6 本发明实施例1升温及降温过程温度和功率的拟合关系；图7 本发明实施例2的升温过程光谱测试结果；图8 本发明实施例2的降温过程光谱测试结果；图9 本发明实施例2降温过程输出光功率—温度拟合曲线；图10 本发明实施例2升温过程输出光功率—温度拟合曲线。
15.附图标记：1、光源，2、传输光纤，3、光纤光栅，4、plc分束器，5、光纤光栅传感器，6、pd探测器，7、信息采集处理电路模块。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
17.如图1所示，本发明以ld激光或者led（宽光谱光源）作为光源1，通过准直耦合进入传输光纤2（要求该传输光纤的耦合效率尽尽可能高），然后标准的光纤光栅3对入射光进行滤波或反射，形成一个光纤光栅的带宽内的波长缺失或功率的损耗，然后光波进入plc分束器4，分成1*n的通道，便于形成分布测试网；之后，每通道上连接一个与前路上的光纤光栅3相同的光纤光栅传感器5，通过光纤光栅传感器5之后，每一个通道对应一个pd探测器6（光电探测器），将输入的光转换为电信号，然后进入信息采集处理电路模块7，经过数据处理和
判别后，输出光谱。
18.作用原理：因为标准的光纤光栅3和所有组成阵列的光纤光栅传感器5的初始中心波长和带宽一致，当光纤光栅传感器5的外界温度发生变化时，或导致光纤光栅传感器5的中心波长发生变化，从而和光纤光栅3的中心波长出现偏差，会使得传输光的被反射带宽增加，从而增加光的传输损耗；根据光的传输损耗，从而可以判断出光纤光栅传感器的待测量变化，形成传感系统。
19.本发明的光纤光栅准分布式传感系统具体要求如下：1、宽光源（ld或led）作为光源，光源能覆盖光纤光栅的工作波长；2、光源入射光纤后，入射第一个标准光纤光栅，标准光纤光栅有一个波长稳定的装置，保持外在温度环境即使发生变化，而它的光学参量不发生变化；然后再经过分束器进入到不同的通道中；3、每个通道中有初始状态（波长、带宽等）与标准光纤光栅一样参数的光纤光栅传感器，形成分布式传感系统；4、通道中的光纤光栅传感器根据待测物理量进行必要的封装，满足实际工程中的安装及使用要求；5、经过光纤光栅传感器之后，光从光纤中出射，由光电探测器（pd）将光信号转化为电信号；6、传感器响应的待测量发生变化时，会导致传感器的中心波长发生变化，从而与标准光纤光栅的中心波长出现偏差，从而增加光的传输损耗，根据光的传输损耗，从而可以判断出光纤光栅传感器的物理量变化，形成强度调制型的光纤光栅分布传感系统。
20.以下通过具体示例验证本发明的准分布式传感系统的测试效果，本发明通过光纤光栅传感器封装结构的设计，可以实现温度、湿度、位移、应力、应变、振动等多参量的传感器的响应，以下示例中以温度测量为例。
21.实施例1：采用上述技术方案的光纤光栅准分布式传感系统，其中标准光纤光栅3中心波长为1549.92nm，plc分束器4采用1*8分束器，通过其中pd探测器6和信息采集处理电路模块7对数据进行采集处理，然后进行信号输出，得到的升温过程的光谱测试结果如图2所示，升温过程输出光功率测试结果如图3所示；降温过程的光谱测试结果如图4所示，降温过程输出光功率测试结果如图5所示；根据升温和降温过程输出的光功率，对温度和功率数据进行拟合，8个通道对应的温度和功率的拟合关系分别如图6（1）-（8）所示；从拟合结果可以看出，八个通道的光纤光栅传感器在-20到80度范围内都具有良好的线性关系，表明本发明采用的强度解调的分布式测量系统，解调机制可靠，且能够实现分布式测量。
22.实施例2：与实施例1不同的是，采用的标准光纤光栅中心波长为1543.68nm，plc分束器为1*2分束器，匹配双通道。
23.升温和降温过程的光谱测试结果分别如图7:和8所示，降温过程，输出的光功率测试结果及拟合关系如图9所示，升温过程，输出的光功率测试结果及拟合关系如图10所示。
24.本发明通过设置分束器，并采用与标准光纤光栅相同的光纤光栅传感器，形成准分布式传感系统，后续使用强度解调机制，连接光电探测器对信号进行转换，并通过信息采集处理电路模块进行数据处理分析，输出相应的光谱测试结果，通过上述实施例表明，本发明提供的光纤光栅准分布式传感系统，能够实现多点测量，解调机制可靠，无需使用特定性
的光纤光栅，在实现准分布式测量的同时实现了强度解调，相比现有技术，具有结构简单、成本低、体积小、信号易反馈等优点，这将在传感应用中发挥重要作用。
25.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。