大容量弱光栅阵列加工设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在于，它包括中心控制系统、预加工原料装料装置、裸纤直径监测装置、光纤加工温度控制装置、FBG刻写平台、双重涂覆和固化单元和FBG缠绕装置，中心控制系统的装料控制信号输出端连接预加工原料装料装置的控制信号输入端，裸纤直径监测装置的信号输出端连接中心控制系统的裸纤直径监测结果输入端，中心控制系统的温度控制信号输出端连接光纤加工温度控制装置的控制信号输入端，中心控制系统的光纤光栅刻写控制信号输出端连接激光器刻写装置的控制信号输入端，中心控制系统的FBG缠绕控制信号输出端连接FBG缠绕装置的控制信号输入端。本发明专利技术能大大提高分布式传感系统的复用容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式光纤传感检测
，具体地指一种大容量弱光栅阵列加工设备及方法。
技术介绍
光纤传感器目前由单点检测逐步发展为多点准分布式和全分布式检测。由于其能实现大范围测量中分布信息的提取，可解决目前测量领域的众多难题。在各种分布式光纤传感技术中，基于FBG复用的准分布式复用技术对温度、应变、振动等外界物理量有高传感灵敏度，以及体积小、动态区间宽、可靠性高、防电磁干扰等优点，成为光纤传感的突出研究热点。光纤光栅传感的分布式检测，通过对FBG反射光谱中心波长漂移的检测来测量外界物理参量的变化，由于其探测能力不受光源功率波动、探测器老化等因素影响，适合进行长期安全监测。近年来在航空航天领域、土木工程领域、机械在线监测领域这些应用场合，对分布式的容量以及空间分辨率要求逐步提高。分布式检测多采用的是光分复用技术进行解调，最常见的波分复用技术，受光器件带宽的限制，单路复用容量一般不超过几十个。为进一步提高光纤光栅传感器的复用数目，后相继提出了基于光时域反射(OTDR)以及光频域反射(OFDR)的解调技术，来提高复用容量。目前用来提高复用容量的解调方法主要有以下几种。(1)董小鹏(董小鹏,郑俊达.基于波分复用的光纤多防区周界传感系统[J].中国激光,2012(9):107-110.)，提出了一种新的光纤多防区周界传感系统，采用波分复用技术实现了监控防区和通道的扩展。利用波分复用器件与技术，多根传感光纤共用一套干涉系统，实现了多个干涉子系统同时、独立的监测。实验结果表明，该系统可以实现多个分散防区同时、独立的入侵检测和定位，信号响应时间小于1ms，不同防区间信号的串扰小于-20dB。利用带宽划分为多个传感信道来提高带宽资源的利用率，单是复用个数受光源谱宽、光栅带宽及相邻光栅间距的影响，数量很有限。(2)张彩霞(张彩霞,张震伟,郑万福,等.超弱反射光栅准分布式光纤传感系统研究[J].中国激光,2014(4):145-149.)采用波长可调谐光源与光时域反射技术(OTDR)结合的方案，通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化，实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中，20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2m放置于约5.8km长的光纤尾端，该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01％的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位，并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7％以上。OTDR解调技术具有高复用、长距离的优势，然易受脉冲宽度和信噪比的相互制约而难以实现高空间分辨率的要求，一般仅能达到数米的数量级。(3)Yüksel,K(Yüksel,K,Moeyaert,V,Mégret,P,etal.CompleteAnalysisofMultireflectionandSpectral-ShadowingCrosstalksinaQuasi-DistributedFiberSensorInterrogatedbyOFDR[J].IEEESensorsJournal,2012,12(5):988-995.)基于光源扫频和光外差探测的测量技术，不仅理论上具有很高的复用容量，而且具有极高的空间分辨率和精度，但是其复用容量主要受限于FBG的光谱阴影和串扰拍频。阴影效应和光栅之间的多重反射会对光栅阵列的反射信号造成干扰，而使光栅复用的数量受到限制。目前，准分布式光纤光栅传感系统主要的发展瓶颈存在于分布式的复用数量以及空间分辨率上。采用光分复用法来提高分布式光纤光栅传感系统的复用容量，消除阴影效应以及光栅之间的串扰拍频则为其重点以及难点。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述技术问题，提供一种大容量弱光栅阵列加工设备及方法，该设备和方法能大大提高分布式传感系统的复用容量，使其在温度、应力、振动等参量的长距离传感中得到广泛应用。为实现上述目的，本专利技术所设计的一种大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在于，它包括中心控制系统、预加工原料装料装置、裸纤直径监测装置、光纤加工温度控制装置、FBG(FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅)刻写平台、双重涂覆和固化单元和FBG缠绕装置，所述预加工原料装料装置的裸纤输出端对应裸纤直径监测装置的裸纤输入端，裸纤直径监测装置的裸纤输出端对应光纤加工温度控制装置的裸纤输入端，光纤加工温度控制装置的裸纤输出端连接双重涂覆和固化单元的裸纤输入端，双重涂覆和固化单元的光纤输出端连接FBG缠绕装置的光纤输入端，所述光纤加工温度控制装置具有光纤光栅刻写缝隙，所述FBG刻写平台的激光器刻写装置用于通过光纤加工温度控制装置的光纤光栅刻写缝隙进行中心波长随机间距分布的弱布拉格反射光纤光栅阵列刻写操作(弱布拉格反射光纤光栅为现有常规光纤光栅，其与一般的布拉格反射光纤光栅存在一定的差异，主要体现在其折射率的调制强度很小，光栅长度短，一般在1cm以内，并且它的3db反射带宽基本在200pm以内，峰值反射率很低，一般低于1％)；所述中心控制系统的装料控制信号输出端连接预加工原料装料装置的控制信号输入端，裸纤直径监测装置的信号输出端连接中心控制系统的裸纤直径监测结果输入端，中心控制系统的温度控制信号输出端连接光纤加工温度控制装置的控制信号输入端，中心控制系统的光纤光栅刻写控制信号输出端连接激光器刻写装置的控制信号输入端，中心控制系统的FBG缠绕控制信号输出端连接FBG缠绕装置的控制信号输入端。一种利用上述大容量弱光栅阵列加工设备进行光栅阵列加工的方法，它包括如下步骤：步骤1：中心控制系统控制预加工原料装料装置用预制棒拉制裸纤，并结合裸纤直径监测装置的闭环控制使其裸纤拉制速度和裸纤丝径达到稳定状态；步骤2：中心控制系统控制光纤加工温度控制装置对处于光纤加工温度控制装置内的裸纤的温度进行调控；同时，中心控制系统对激光器刻写装置的脉冲周期进行预设，使激光器刻写装置通过光纤加工温度控制装置的光纤光栅刻写缝隙在光纤光栅刻写目标间隔的90～110％范围对裸纤内进行中心波长随机间距分布的弱布拉格反射光纤光栅阵列刻写操作；步骤3：所述双重涂覆和固化单元对步骤2刻写光栅后的裸纤进行涂覆、固化形成光栅光纤，并将光栅光纤进行装盘。本专利技术的原理为：在光纤光栅在制作时，温度应力的变化会使光纤光栅的中心波长发生改变，脉冲强度得变化能使光纤光栅反射率发生改变，而光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在于，它包括中心控制系统(1)、预加工原料装料装置(2)、裸纤直径监测装置(3)、光纤加工温度控制装置(4)、FBG刻写平台(5)、双重涂覆和固化单元(7)和FBG缠绕装置(8)，所述预加工原料装料装置(2)的裸纤输出端对应裸纤直径监测装置(3)的裸纤输入端，裸纤直径监测装置(3)的裸纤输出端对应光纤加工温度控制装置(4)的裸纤输入端，光纤加工温度控制装置(4)的裸纤输出端连接双重涂覆和固化单元(7)的裸纤输入端，双重涂覆和固化单元(7)的光纤输出端连接FBG缠绕装置(8)的光纤输入端，所述光纤加工温度控制装置(4)具有光纤光栅刻写缝隙(10)，所述FBG刻写平台(5)的激光器刻写装置(6)用于通过光纤加工温度控制装置(4)的光纤光栅刻写缝隙(10)进行中心波长随机间距分布的弱布拉格反射光纤光栅阵列刻写操作；所述中心控制系统(1)的装料控制信号输出端连接预加工原料装料装置(2)的控制信号输入端，裸纤直径监测装置(3)的信号输出端连接中心控制系统(1)的裸纤直径监测结果输入端，中心控制系统(1)的温度控制信号输出端连接光纤加工温度控制装置(4)的控制信号输入端，中心控制系统(1)的光纤光栅刻写控制信号输出端连接激光器刻写装置(6)的控制信号输入端，中心控制系统(1)的FBG缠绕控制信号输出端连接FBG缠绕装置(8)的控制信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在于，它包括中心控
制系统(1)、预加工原料装料装置(2)、裸纤直径监测装置(3)、光纤
加工温度控制装置(4)、FBG刻写平台(5)、双重涂覆和固化单元(7)
和FBG缠绕装置(8)，所述预加工原料装料装置(2)的裸纤输出端对
应裸纤直径监测装置(3)的裸纤输入端，裸纤直径监测装置(3)的裸
纤输出端对应光纤加工温度控制装置(4)的裸纤输入端，光纤加工温
度控制装置(4)的裸纤输出端连接双重涂覆和固化单元(7)的裸纤输
入端，双重涂覆和固化单元(7)的光纤输出端连接FBG缠绕装置(8)
的光纤输入端，所述光纤加工温度控制装置(4)具有光纤光栅刻写缝
隙(10)，所述FBG刻写平台(5)的激光器刻写装置(6)用于通过光
纤加工温度控制装置(4)的光纤光栅刻写缝隙(10)进行中心波长随
机间距分布的弱布拉格反射光纤光栅阵列刻写操作；
所述中心控制系统(1)的装料控制信号输出端连接预加工原料装
料装置(2)的控制信号输入端，裸纤直径监测装置(3)的信号输出端
连接中心控制系统(1)的裸纤直径监测结果输入端，中心控制系统(1)
的温度控制信号输出端连接光纤加工温度控制装置(4)的控制信号输
入端，中心控制系统(1)的光纤光栅刻写控制信号输出端连接激光器
刻写装置(6)的控制信号输入端，中心控制系统(1)的FBG缠绕控
制信号输出端连接FBG缠绕装置(8)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在
于：它还包括用于随时监视光纤光栅刻写过程的FBG在线刻写监视装
置(9)。
3.根据权利要求1所述的大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在
于：所述光纤加工温度控制装置(4)为半导体材温度控制装置，该半
导体材温度控制装置正向通电后，半导体材温度控制装置的外表面为冷
面，半导体材温度控制装置的内表面为与裸纤(12)接触的热面，半导
体材温度控制装置反向通电时，冷热面交换，实现温控。
4.根据权利要求3所述的大容量弱光栅阵列加工设备，其特征在

\t于：所述光纤加工温度控制装置(4)的外表面加装散热装置(11)。
5.一种利用权利要求1所述大容量弱光栅阵列加工设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政颖，桂鑫，王洪海，孙文丰，郭会勇，余海湖，王凡，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42