弱光柵檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種弱光柵檢測裝置及其檢測方法，其中檢測裝置包括小寬帶光源、摻鉺光纖放大器、調(diào)制模塊、環(huán)形器、取樣模塊和光譜分析儀；小寬帶光源提供2～6nm的寬譜連續(xù)光功率信號；小寬帶光源連接調(diào)制模塊，調(diào)制模塊輸出的光信號經(jīng)過摻鉺光纖放大器放大后，通過環(huán)形器的一個端口耦合進(jìn)待檢測對象，所述待檢測對象為單個或者多個低反射率的光纖光柵；環(huán)形器的另一個端口連接取樣模塊；取樣模塊連接光譜分析儀。本發(fā)明通過分離并放大單個光柵的反射信號，對比計算單個光柵的真實反射率，同時準(zhǔn)確定位單個光柵的位置。
【專利說明】弱光柵檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弱光柵的檢測，尤其涉及一種弱光柵檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]弱光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)用能強(qiáng)、串?dāng)_小、性價比高等優(yōu)勢，有望在火災(zāi)報警、安全圍欄等多點(diǎn)監(jiān)測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。弱光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的性能，直接取決于弱光柵陣列的制造技術(shù)。目前，“光柵在線刻寫”裝置已經(jīng)開發(fā)成功，能在光纖拉制過程中自動刻寫弱光柵陣列。這種陣列避免了傳統(tǒng)光柵熔接成陣列時的接點(diǎn)損耗，具有良好的機(jī)械特性，有利于大規(guī)模時分復(fù)用。但由于制造工藝復(fù)雜，在線刻寫光柵的反射率會在幾個dB范圍內(nèi)波動。過低反射率的光柵，其反射信號強(qiáng)度可能低于查詢系統(tǒng)最低閾值。此外，當(dāng)光柵陣列成纜或鋪設(shè)時，由于受應(yīng)力的影響，個別光柵的布拉格波長可能出現(xiàn)反射譜啁啾化。由于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的工作主要取決于對布拉格波長峰值的準(zhǔn)確判定，過低反射率或反射譜的啁啾化，將直接導(dǎo)致布拉格波長的檢測困難，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法有效工作，對大規(guī)模陣列中各光柵的反射率很有必要。
[0003]傳統(tǒng)光柵反射率的測量采用透射法，即利用光譜儀觀察寬帶光源通過光柵后的透射譜，通過分析光譜中凹陷深度來計算光柵的反射率。這種方法僅適合中、高反射率的光柵。對于弱光柵(例如，反射率低于0.2%)，這種凹陷深度很難觀察，測量光柵的反射率非常困難。文獻(xiàn)“Reflectivity measurement of weak fiber Bragg grating，，(武漢理工大學(xué)學(xué)報，J.Wuhan Univ.Mater)提出了一種多光柵累積測量的方法，即假定一組光柵具有相同的反射率，通過測量該組光柵的累積反射，來計算單個光柵的平均反射率。對于不同反射率光柵構(gòu)成的陣列，這種方法誤差大且不能標(biāo)識單個光柵的真實反射率。此外，該方法還需要截斷一組光柵作為檢測樣本，無法實現(xiàn)在線測量，也不能定位光柵所在的位置。光柵反射率越低，對取樣光柵的數(shù)量要求越多，測量誤差也會逐漸增大。傳統(tǒng)的OTDR可以用于觀察光柵陣列，但是由于OTDR光源采用的是非連續(xù)光源，光柵反射的波長不一定是峰值波長，觀察到的反射峰不能真實反映光柵的反射率，因此不能用來準(zhǔn)確測量光柵的反射率。此夕卜，OTDR的定位分辨率一般在+/_2m，在工程中很難精確標(biāo)定間距在2m以下的單個光柵的位置，且工作盲區(qū)大。其量程也與脈沖寬度相關(guān)，量程越大，脈寬越寬，定位精度和分辨率越低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中無法在線準(zhǔn)確測量大規(guī)模弱光纖光柵的反射率的缺陷，提供一種實現(xiàn)在線檢測，且能準(zhǔn)確檢測單個光柵的反射率的弱光柵檢測裝置及其檢測方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
提供一種弱光柵檢測裝置，其特征在于，包括小寬帶光源、調(diào)制模塊、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器、取樣模塊和光譜分析儀；小寬帶光源提供2飛nm的寬譜連續(xù)光功率信號；小寬帶光源連接調(diào)制模塊，調(diào)制模塊輸出的光信號經(jīng)過摻鉺光纖放大器放大后，通過環(huán)形器的一個端口耦合進(jìn)入待檢測對象，所述待檢測對象為單個光纖光柵或者包含多個低反射率光纖光柵的弱光柵陣列；環(huán)形器的另一個端口連接取樣模塊；取樣模塊連接光譜分析儀。
[0006]本發(fā)明所述的裝置中，調(diào)制模塊包括第一 SOA高速光電開關(guān)和信號發(fā)生器，第一SOA高速光電開關(guān)與小寬帶光源連接，信號發(fā)生器對通過第一 SOA高速光電開關(guān)的光源信號進(jìn)行調(diào)制并放大，調(diào)制輸出的光脈沖寬度小于20ns，信號發(fā)生器產(chǎn)生兩路同源的周期性脈沖信號，第一路信號輸出給第一 SOA高速光電開關(guān)；
取樣模塊包括第二 SOA高速光電開關(guān)，其與環(huán)形器、信號發(fā)生器和光譜分析儀連接，信號發(fā)生器產(chǎn)生的第二路信號輸出給第二 SOA高速光電開關(guān)，調(diào)節(jié)第二路信號，使其與第一路信號產(chǎn)生時延，該第二 SOA高速光電開關(guān)以ns級開關(guān)速度對環(huán)形器輸出的經(jīng)光纖光柵反射回來的光脈沖在時域內(nèi)進(jìn)行選擇和分離；當(dāng)?shù)诙?SOA高速光電開關(guān)打開時，允許到達(dá)的光信號通過并進(jìn)行放大；否則，吸收光信號。
[0007]本發(fā)明所述的裝置中，所述放大器為摻鉺光纖放大器。
[0008]本發(fā)明所述的裝置中，當(dāng)所述待檢測對象為弱光柵陣列時，光纖光柵之間的間隔
距離應(yīng)大于
【權(quán)利要求】
1.一種弱光柵陣列檢測裝置，其特征在于，包括小寬帶光源(I)、調(diào)制模塊(2)、放大器(3)、環(huán)形器(4)、取樣模塊(5)和光譜分析儀(6);小寬帶光源(I)提供2飛nm的寬譜連續(xù)光功率信號；小寬帶光源(I)連接調(diào)制模塊(2)，調(diào)制模塊(2)輸出的光信號經(jīng)過放大器(3)放大后，通過環(huán)形器(4 )的一個端口耦合進(jìn)入待檢測對象，所述待檢測對象為單個光纖光柵或者包含多個低反射率光纖光柵的弱光柵陣列；環(huán)形器(4)的另一個端口連接取樣模塊(5)；取樣模塊(5 )連接光譜分析儀(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，調(diào)制模塊(2)包括第一SOA高速光電開關(guān)(8)和信號發(fā)生器(9)，第一 SOA高速光電開關(guān)(8)與小寬帶光源(I)連接，信號發(fā)生器(9)對通過第一 SOA高速光電開關(guān)(8)的光源信號進(jìn)行調(diào)制并放大,調(diào)制輸出的光脈沖寬度小于20ns,信號發(fā)生器(9)產(chǎn)生兩路同源的周期性脈沖信號,第一路信號輸出給第一 SOA高速光電開關(guān)(8)； 取樣模塊(5)包括第二 SOA高速光電開關(guān)(10),其與環(huán)形器(4)、信號發(fā)生器(9)和光譜分析儀(6)連接，信號發(fā)生器(9)產(chǎn)生的第二路信號輸出給第二 SOA高速光電開關(guān)(10)，調(diào)節(jié)第二路信號，使其與第一路信號產(chǎn)生時延，該第二 SOA高速光電開關(guān)(10)以ns級開關(guān)速度對環(huán)形器(4)輸出的、經(jīng)光纖光柵反射回來的光脈沖在時域內(nèi)進(jìn)行選擇和分離；當(dāng)?shù)诙?SOA高速光電開關(guān)(10)打開時，允許到達(dá)的光信號通過并進(jìn)行放大；否則，吸收光信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)所述待檢測對象為弱光柵陣列時，光纖光柵之間的間隔距離大于:L =魚手:￡,其中c為真空中的光傳播速度，n=l.5為光纖纖

In芯的折射率，tl為調(diào)制模塊 (2)的調(diào)制脈沖寬度，t2為取樣模塊(5)的取樣脈沖寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，放大器(3)為摻鉺光纖放大器。
5.一種弱光柵檢測方法，其基于權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，包括以下步驟: 將已測定反射率的標(biāo)準(zhǔn)光柵與環(huán)形器的輸出端口熔接，通過調(diào)節(jié)調(diào)制模塊得到相應(yīng)的調(diào)制脈沖頻率和脈沖寬度，精確調(diào)節(jié)脈沖串之間的延時，使標(biāo)準(zhǔn)光柵的反射峰最大，通過光譜分析儀測得標(biāo)準(zhǔn)光柵的反射譜，得到標(biāo)準(zhǔn)光柵的峰值功率: 將在線刻寫的單個光纖光柵或者包含多個低反射率光纖光柵的弱光柵陣列的一端與環(huán)形器的輸出端口熔接，并將另一端浸入匹配液中，以減小端面反射的影響； 確定調(diào)制脈沖頻率和脈沖寬度，當(dāng)待檢測對象為弱光柵陣列時，則根據(jù)調(diào)制脈沖頻率和脈沖寬度確定光柵之間的間隔距離； 通過信號源調(diào)節(jié)兩路同源的周期性脈沖信號，使兩路信號產(chǎn)生時延； 根據(jù)光譜分析儀中反射光信號的強(qiáng)度判定是否存在布拉格反射光信號，若存在，則再精確調(diào)整脈沖串之間的時延，使反射峰值最大，再根據(jù)時延計算光纖光柵的位置； 比較光柵反射峰值功率與標(biāo)準(zhǔn)光柵反射峰值功率之間的差異，計算被測光柵的反射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)檢測到滿足要求的布拉格反射光信號時，對應(yīng)的反射光柵距離調(diào)制模塊的距離，其中τ為時延，c為真空中的光速，\為纖芯的有效折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)待檢測對象為弱光柵陣列時，弱光柵陣列中第i個光柵的反射率Ri為=Ri = R0-(Pr-Pi)+ Ai，其中Pr為5標(biāo)準(zhǔn)光柵的峰值功率,Pi為第i個光柵的峰值功率，R0為標(biāo)準(zhǔn)光柵的反射率，△ i為反射率修正值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于: 對于不同波長的弱光柵陣列，Ai的計算公式為=Ai = 2*a*Li，其中α為光纖的衰減系數(shù)，Li為第i個反射光柵距離調(diào)制模塊的距離； 對于相同波長的弱光柵陣列，Ai的計算公式為- Ai = 2* Q*L1-1gtR(A)(1-RU))^)],其中RU)為光柵陣列的平均反射率。
【文檔編號】G01M11/02GK103471812SQ201310295211
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】文泓橋, 羅志會, 郭會勇, 姜德生 申請人:武漢理工大學(xué)