全同低反射率光纤光栅单纤复用方法技术

一种在单根光纤上的光纤光栅利用方法，采用光纤光栅进行串接复用，从而构成大的单纤准分布系统。从理论上分析和研究了一种基于ＯＴＤＲ技术并使用全同低反射率光纤光栅的复用方法。分析表明，光栅间的多次反射是限制复用数目的主要原因。应用这种复用方法，可以在不增加多少复杂程序的基础上，把单光纤光栅检测系统用于在同一根光纤上由成百个光纤光栅构成的大的分布系统的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤分布式传感领域，具体涉及一种基于OTDR(Optical Time DomainReflectometer)技术的全同低反射率光纤光栅在单根光纤上的复用方法，对设计性价比高的分布式光栅传感网络具有指导意义。
技术介绍
自从1978年K.O.Hill[1]报道了世界上第一个光纤光栅以来，由于其可靠性好、抗干扰能力强、使用方便等特性使其在急速发展的光纤通信领域中有着巨大的应用，并得以迅速地发展。而光纤光栅的中心波长极易随环境温度和应变的影响，光纤光栅这一在光纤通信应用中需要克服的缺点却很快地在传感与测量领域成为一种得到广泛认可并具有巨大潜力的传感技术。经过二十多年的研究和开发，不断出现了用于多种参量测量的光纤光栅传感器。然而，到目前为止，这种传感技术在实际工程中还没有得到广泛应用。究其原因，其中昂贵的波长解调部分是主要的限制因素[2]。另一方面，在许多应用场合，如智能结构等需要进行大范围的分布测量，因此光纤光栅的有效复用技术也成为光纤光栅传感技术研究的一个重要方向。同时，也寄希望于采用复用技术来降低单个测量点的成本，从而使光纤光栅传感技术具有竞争力。 目前，已见有多种复用方法的报道，如SDM(空分复用)、TDM(时分复用)、WDM(波分复用)、SCM(副载波复用)和FMCW(频率调制连续波复用)等及这些复用方法的各种组合[3-8]。虽然这些复用方法各有特点，但都没能很好地解决复用度、成本、连接难易程度等因素之间的关系，也即它们之中没有一种复用方法能在同一根光纤上复用多个具有相同特征波长的光纤光栅。若能解决这一问题，再与以上任何方法进行结合，就可获得具有更大复用度的系统。 本专利技术就是提出一种基于OTDR技术和全同低反射光纤光栅实现在同一根光纤上实现大量光栅复用的方法。 [1]Hill K O，Fujii Y，Johnson D C，and Kawasaki B S，Photosensitivity in optical fiber waveguidesApplicationto reflection filter fabrication.Appl.Phys.Lett.，1978，32647-649 [2]Jiang De-sheng，He Wei，Review of Applications for Fiber Bragg Grating Sensors，Journal ofOptoelectronics·Laser，2002，13(4)420-430 [3]Kersey A D，Interrogation and multiplexing techniques for fiber grating strain sensors.SPIE 1993，207130-48 [4]Rao Y J，In-fiber Bragg grating sensors.Meas.Sci.Technol.，1997，8355-375 [5]Idriss R L，Kodindouma M B，Kersey A D et al..Multiplexing Bragg grating optical fiber sensors for damageevaluation in highway bridges，Smart Material Structure，1998，7209-216 [6]Davis MA，Bellemore D G，Putnam M A et al..A 60 element fiber Bragg grating sensor system，Proc.OFS12th，1997100-103 [7]Weis R S，Kersey A D，Berkoff T A.A four-element fiber grating sensor array with phase-sensitive detection，Photon.Technol.Lett.，1994，61469-1472 [8]Chan P K C，Jin W，Demokan M S.FMCW multiplexing of fiber Bragg grating sensors，J.LightwaveTechnol.，2000，6(5)756-763 [9]Liu Jiansheng，Application No.69902011，National Natural Science Foundation of China，1999. [10]Choi Han-Sun，Siems L.Characterization of FBG reflector arrays by wavelength tuning of a pulsed DFBlaser，SPIE 2000，4185166-169 [11]Valente L C G，Braga A M B，Ribeiro A S.et al..Time and wavelength multiplexing of fiber Bragg gratingsensors using a commercial OTDR，Optical Fiber Sensors Conference Technical Digest，OFS 2002，11151-154 [12]Derickson D.Fiber Optic Test and Measurement，1998，ISBN 0-13-534330-5，Prentice-Hall Inc.
技术实现思路
本专利技术提出一种基于OTDR技术和低反射率光纤光栅在同一根光纤上复用大量全同光纤光栅的复用方法。通过全同光纤光栅的使用，可以实现使用单一模版的在线制造技术，使光纤光栅的制造成本更低、可靠性更好；低反射率光纤光栅的使用，可以大大提高光栅系统的复用度，有利于光纤光栅在复用系统中的应用；OTDR技术的使用，可以实现光纤光栅传感系统的定位检测。 本专利技术采用波长可调的单脉冲注入由以上全同低反射率光纤光栅串接构成的分布多点系统，并测量反射的时间变化信号(OTDR)，从而进行信号和波长解调。如图1所示，波长可调的单脉冲经耦合器L进入光栅串接构成的单光纤系统，一部分信号将在光栅G1处发生反射，剩余发生部分透射并到达光栅G2，再次发生反射和透射，剩余的透射光部分再继续到达光栅G3、G4......最后经各级光栅反射回的脉冲串将经过耦合器L进入滤波和检测单元。通过检测反射信号的强弱，确定光栅中心波长的位置；通过检测脉冲返回时间的先后，确定脉冲来自哪个光纤光栅。 减小全同光栅的反射率可以大大增加系统的复用数，如图2所示。其中，D为系统接收机的动态范围。 本专利技术所涉及的系统采用的光栅的反射率均小于5％，反射率越低，系统的复用度越高。但在实际中，反射率的减小不能是任意的，要受Rayleigh散射、光栅间多次反射以及光纤损耗等因素的影响。 首先考虑Rayleigh散射的影响。由于光纤光栅的特征反射谱与光纤中的Rayleigh散射光谱重叠，因此，为区分反射信号光与Rayleigh散射光，在反射率的选定上应使光栅反射的光功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在单根光纤上的进行大数量的光纤光栅复用方法。

【技术特征摘要】
1.一种在单根光纤上的进行大数量的光纤光栅复用方法。2.权利要求1中所述的复用方法中，使用的光纤光栅为中心波长、反射率和反射谱等参数都相同的全同光纤光栅。3.权利要求1中所述的复用方法中，使用的全同光纤光栅为低反射率光纤光栅，光纤光栅的反射率均小于5％，反射率越低，复用度越高。4.权利要求1中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建胜，王帅，李昕，郑铮，谭钧戈，陈浩宇，徐晓萍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]