光纤光栅编码组识别的方法与流程

本发明涉及一种光纤光栅编码组识别的方法，属于光纤类检测技术邻域，尤其涉及一种利用光栅自身特性实现光纤识别的方法。

背景技术：

现有技术中，光纤识别主要是利用第三方介质——电子标签对光纤进行标识，现有国内市场主要以华为iodn为主，已拥有多项国内外标准，其方法主要在光纤配线盘内嵌入电子标签读写器，在光纤跳线上套上电子标签环，以实现光缆的识别，该技术存在一种必须使用第三方介质的严重缺陷，必须将光纤跳线两端电子标签进行配对且必须不得脱落，这就严重影响该技术的使用。

在例如申请号为cn201210207967.8的专利申请中，其通过在iodf设备中设置端口标识，将端口中关联的跳纤配置信息等进行存储，并且当跳纤正确时，即端口标识关联的信息与插口上设置的适配器卡携带的信息一致时，表明端口正确，该方案通过在端口中设置额外的物理器件来实现对光纤的正确识别，从而保证端口配接的正确性。又例如申请号为cn200910002203.3的专利申请中，其通过在光纤网络中设置ssfbg以及加热模块、温度传感器、温度控制器的方式，通过对光纤中的ssfbg进行温度控制，以改变其反射波长，从而实现对光纤的编码，而这种方式，需要对温度控制非常精确，否则必然发生编码错误、或者无法对编码有效识别的问题，在实际应用中，对器件的密封性、应用环境的稳定性有很高的要求，不能适应现阶段对光纤网络的使用要求。

基于现有技术中存在的上述问题，需要一种从光缆本质上进行光缆识别的方法。本发明基于上述技术背景，对现有的技术进行了改进。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光纤光栅编码组识别的方法，在不影响信号传播的前提下，以光缆自身作为识别介质，以克服现有技术的不足。具体而言，本发明提供了以下技术方案。

一种光纤光栅编码组识别方法，所述方法包括：在待识别光缆中设置多个波长不同的光纤光栅，组成光纤光栅组，通过所述多个光纤光栅的所述多个波长，构成光纤光栅编码组，所述光纤光栅编码组中所采用的各个光纤光栅所对应的波长，构成所述光纤光栅编码组的编码元；通过对所述光纤光栅编码组的识别，实现对所述光缆的识别。

优选地，所述光纤光栅编码组的波长λi，与所述光缆中的通信波长λk正交，即满足：

其中n表示总光纤光栅的中心波长数。

优选地，所述光纤光栅编码组的波长采用l和u带波长波段。

优选地，所述光纤光栅编码组的波长采用1565nm至1625nm波段范围内的波长。该波段光纤衰减较小，且通信业务未使用。

优选地，分别以一固定波长的光纤光栅作为所述光纤光栅编码组的起止光纤光栅，将所述起止光纤光栅及其之间包含的光纤光栅，共同构成所述光纤光栅组，以确定所述光纤光栅编码组。

进一步优选地，所述光纤光栅编码组采用起始位光纤光栅，结束位光纤光栅组成，其组成光纤光栅编码组的光纤光栅波长不同。即是整个编码组有两个标志位，分为起始位和结束位，中间记录了编码的数字信息，形成信息位。

优选地，所述起止光纤光栅中，起始光纤光栅的波长选用1565nm，终止光纤光栅的波长选用1625nm。

优选地，所述光纤光栅编码组中所采用的光纤光栅，为反射式光纤光栅和/或透射式光纤光栅。

优选地，所述光纤光栅组光刻在同一位置处；和/或

所述光纤光栅组中的光纤光栅间隔地光刻在不同位置处。

优选地，所述光纤光栅组为同纤线性设置；以及

所述光纤光栅组设置在主光缆上；和/或所述光纤光栅组设置在分支光路上。

进一步优选地，光纤光栅编码组在具体构成时，可采用同纤线性组成；同点复刻；分支器支线线性组成；分支器支线同点复刻；

同纤线性组成即在光纤上串联制作多个光纤光栅；

同点复刻即在光纤上同一位置制作多个光纤光栅；

分支器支线线性组成即在光纤上增加分光器，分光器分支上串联制作多个光纤光栅；

分支器支线同点复刻即在光纤上增加分光器，分光器分支上同一位置制作多个光纤光栅

优选地，所述光纤光栅编码组中，所述起止光纤光栅所分别对应的起始位及终止位均为标志位，所述起始位及终止位之间作为编码组的数字信息。

优选地，所述起止光纤光栅中，起始光纤光栅的波长采用1565.5nm，所述终止光纤光栅的波长采用1624.5nm。

优选地，所述光纤光栅编码组的波长采用1566.5nm至1623.5nm范围内波长。

优选地，所述光纤光栅组中，各光纤光栅的波长采用a.5nm，其中a为波长的整数部分，1565nm≤a≤1625。采用a.5nm作为光纤光栅中心波长稳定性和识别效果更好。

优选地，通过fbg解调仪对所述光纤光栅编码组进行识别。

进一步优选地，用fbg解调仪(光纤光栅解调仪)进行波长检测时，可以采用波长强度锁定的方式，具体可以采取步进的方式，即依据设置的光纤光栅波长，设置一起始延时，按照一预设的步长，逐渐改变延时，以进行波长测试；或者，根据预设的光纤光栅的固有波长，从最小波长或最大波长开始，根据已存储的设置的光纤光栅的波长长度，逐个进行对应的延时控制，以实现波长测试。

优选地，所述光纤光栅组中相邻波长的间隔为1nm。

优选地，检测所述起止光纤光栅中的起始光纤光栅的距离，将所述距离作为所述光纤光栅编码组的一编码元，并将其设置为标识位；或者

将所述光纤光栅组中的起始光纤光栅的波长作为光纤光栅编码组的标识位，将所述距离作为编码组的信息位之一。

优选地，检测所述光纤光栅组中各光纤光栅的距离，将满足预设距离范围的光纤光栅所对应的各波长作为编码元，依据所述距离对所述编码元进行排序，形成编码组。

优选地，检测所述光纤光栅组中各光纤光栅的反射能量差异，依据所述反射能量差异对所述编码元进行排序，形成编码组。

具体而言，所述光纤光栅编码组识别方法，可采用起、止波长光纤光栅作为识别波长编码元，可采用距离范围内光纤光栅都作为编码组元，可采用距离长度作为编码元排序，可采用反射能量差异作为编码元排序。即中心波长，距离以及反射能量都可以作为编码规则的依据，这样可以使用三个维度的变量，最大限度的扩充系统容量。

优选地，所述光纤光栅编码组相同波长识别，可采用各编码组相同中心波长光纤光栅其在制作中做相应的波长偏移，提高相同中心波长识别度。

基于上述技术方案，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、可以实现对光纤介质的唯一识别，其特征在于，利用不同波长光纤光栅组成光纤光栅编码组构成光缆的唯一标签；

2、通过复合利用中心波长，发射能量，以及光纤光栅的距离可以增大系统的识别容量；

3、无需增加额外的第三方识别设备，在有效提高识别精度的情况下，大大节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一具体实施方式的光纤光栅编码组的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式的光纤光栅编码组在光缆中位置的示意图。

其中：

图1中的标记为：11-光缆、12-光纤光栅

图2中的标记为：

21-光缆、22-耦合器，23-分支光纤光栅编码器，24-主光纤光栅编码器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种应用程序推荐方法及装置进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例1：

在一个具体的实施例中，结合图1、2所示，本发明提供了一种光纤光栅编码组识别方法，所述方法包括：在待识别光缆中设置多个波长不同的光纤光栅，组成光纤光栅组，通过所述多个光纤光栅的所述多个波长，构成光纤光栅编码组，所述光纤光栅编码组中所采用的各个光纤光栅所对应的波长，构成所述光纤光栅编码组的编码元；通过对所述光纤光栅编码组的识别，实现对所述光缆的识别。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组的波长λi，与所述光缆中的通信波长λk正交，即满足：

其中n表示总光纤光栅的中心波长数。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组的波长采用l和u带波长波段。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组的波长采用1565nm至1625nm波段范围内的波长。该波段光纤衰减较小，且通信业务未使用。

在一具体的实施方式中，分别以一固定波长的光纤光栅作为所述光纤光栅编码组的起止光纤光栅，将所述起止光纤光栅及其之间包含的光纤光栅，共同构成所述光纤光栅组，以确定所述光纤光栅编码组。

进一步优选地，所述光纤光栅编码组采用起始位光纤光栅，结束位光纤光栅组成，其组成光纤光栅编码组的光纤光栅波长不同。即是整个编码组有两个标志位，分为起始位和结束位，中间记录了编码的数字信息，形成信息位。

在一具体的实施方式中，所述起止光纤光栅中，起始光纤光栅的波长选用1565nm，终止光纤光栅的波长选用1625nm。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组中所采用的光纤光栅，为反射式光纤光栅和/或透射式光纤光栅。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅组光刻在同一位置处；和/或

所述光纤光栅组中的光纤光栅间隔地光刻在不同位置处。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅组为同纤线性设置；以及

所述光纤光栅组设置在主光缆上；和/或所述光纤光栅组设置在分支光路上。

进一步优选地，光纤光栅编码组在具体构成时，可采用同纤线性组成；同点复刻；分支器支线线性组成；分支器支线同点复刻；

同纤线性组成即在光纤上串联制作多个光纤光栅；

同点复刻即在光纤上同一位置制作多个光纤光栅；

分支器支线线性组成即在光纤上增加分光器，分光器分支上串联制作多个光纤光栅；

分支器支线同点复刻即在光纤上增加分光器，分光器分支上同一位置制作多个光纤光栅。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组中，所述起止光纤光栅所分别对应的起始位及终止位均为标志位，所述起始位及终止位之间作为编码组的数字信息。

在一具体的实施方式中，所述起止光纤光栅中，起始光纤光栅的波长采用1565.5nm，所述终止光纤光栅的波长采用1624.5nm。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组的波长采用1566.5nm至1623.5nm范围内波长。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅组中，各光纤光栅的波长采用a.5nm，其中a为波长的整数部分，1565nm≤a≤1625。采用a.5nm作为光纤光栅中心波长稳定性和识别效果更好。

在一具体的实施方式中，通过fbg解调仪对所述光纤光栅编码组进行识别。

进一步优选地，用fbg解调仪(光纤光栅解调仪)进行波长检测时，可以采用波长强度锁定的方式，具体可以采取步进的方式，即依据设置的光纤光栅波长，设置一起始延时，按照一预设的步长，逐渐改变延时，以进行波长测试；或者，根据预设的光纤光栅的固有波长，从最小波长或最大波长开始，根据已存储的设置的光纤光栅的波长长度，逐个进行对应的延时控制，以实现波长测试。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅组中相邻波长的间隔为1nm。

在一具体的实施方式中，检测所述起止光纤光栅中的起始光纤光栅的距离，将所述距离作为所述光纤光栅编码组的一编码元，并将其设置为标识位；或者

将所述起始光纤光栅的波长作为光纤光栅编码组的标识位，将所述距离作为编码组的信息位之一。

在一具体的实施方式中，检测所述光纤光栅组中各光纤光栅的距离，将满足预设距离范围的光纤光栅所对应的各波长作为编码元，依据所述距离对所述编码元进行排序，形成编码组。

在一具体的实施方式中，检测所述光纤光栅组中各光纤光栅的反射能量差异，依据所述反射能量差异对所述编码元进行排序，形成编码组。

在一具体的实施方式中，上述多个波长不同的光纤光栅也可以为多个相同或部分相同的光纤光栅。

具体而言，所述光纤光栅编码组识别方法，可采用起、止波长光纤光栅作为识别波长编码元，可采用距离范围内光纤光栅都作为编码组元，可采用距离长度作为编码元排序，可采用反射能量差异作为编码元排序。即中心波长，距离以及反射能量都可以作为编码规则的依据，这样可以使用三个维度的变量，最大限度的扩充系统容量。

在一具体的实施方式中，所述光纤光栅编码组相同波长识别，可采用各编码组相同中心波长光纤光栅其在制作中做相应的波长偏移，提高相同中心波长识别度。

实施例2：

在一具体的实施例中，如图1所示，本发明提出的一种光纤光栅编码组识别的方法，其中的光纤光栅编码组可以如下例子方式实现：

该系统包括至少一个光纤光缆11，光纤光栅编码组12。

考虑到传输的信号波长为c波段，波长范围为1530-1565nm。为了避免影响信号传输，因此系统采用的探测光源的中心波长为1565-1625nm。光纤光栅编码组12为识别介质，在本设计中采用的光纤光栅采用了五个光纤光栅的方案，中心波长分别为1565.5nm，1566.5nm，1567.5nm，1568.5nm以及1625.5nm1565.5nm是整个识别组的起始位，1625.5nm是整个识别组的终止位。经过计算，为了区别各光纤光栅的位置，光栅的间隔为1cm；中间三个数据位的反射率分别是90％,85％以及80％，这样三个光纤光栅的反射率也可以作为识别的依据。

而在光纤光栅编码组的放置方式可以参考图2，

图2中21为光缆，22为耦合器，中心光纤通光1550nm波段，23是支路编码组1，采用了五个光纤光栅的方案，中心波长分别为1568.5nm，1569.5nm，1570.5nm，1571.5nm以及1572.5nm。

24是主路编码组2，采用了五个光纤光栅的方案，中心波长分别为1565.5nm，1566.5nm，1567.5nm，1568.5nm以及1625.5nm。

实施例3：

本发明的主要原理是通过在光缆中植入光纤光栅编码组，通过对光纤光栅编码组参数的识别从而识别光缆。如图1所示，即为本发明一具体的实施方式中的一种光纤光栅编码组结构，其中11为光缆，12为间距为l和u的多个光纤光栅，光纤光栅的波长可以设置为各不相同，也可设置为相同或部分相同，只要能实现编码的方式，均可以适用于本实施例中。具体而言，所述光纤光栅编码组是由光缆纤芯中植入单个或者多个光纤光栅组成，此处光纤光栅编码组为一优选的实施方式，本领域技术人员应当明了，能够植入光纤光栅的任一结构的光缆纤芯，均能够作为一光纤光栅编码组，并且，该光纤光栅编码组可以是额外在光缆中加入的器件，例如在一段光纤的接口处等，也可以是在光缆生产之初，就刻写在光缆中的一个或多个光纤光栅构成，即，该光纤光栅编码组可以是生产之初就与光缆是一体的，也可以是额外器件连接至光缆中形成的，此处不以上述结构为限，能够使得光纤光栅嵌入或接入光缆纤芯中，以形成反射光的任何现有技术，均能够适用于此，并均应当视为落入本发明的保护范围之内。

本发明中所关注的光纤光栅参数主要有以下几个：光纤光栅的中心波长λ、在光缆中的位置z、光纤光栅的空间距离l、光纤光栅反射能量e。

若设各个变量的自由度为n(λ)、n(z)、n(l)以及n(e)，则系统整体的系统容量为ns：ns＝n(λ)×n(z)×n(l)×n(e)。从这里不难看出，提高每个维度的分辨率可以有效的提高系统的容量，但是每个维度的分辨率都不可能无限小，会受到很多因素的限制。

假如设入射光的光能量分布为e(λ)，这个功率是波长λ的函数。a(λ)为正向传播单位长度的损耗系数，则待测z处的光能量e(z,λ)为：

设光信号在z处的光纤光栅处反射，则输入端接收到的光纤光栅的光能量为：

其中e(λ)为入射光的光能量谱密度，这个可以根据系统的要求进行调整，例如从光源设计或者滤波器设计进行调整；a(x,λg)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λg)是反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，这三个参量都是和波长以及空间位置有关的参量，具体数值可以查阅现有技术中的相关文献。

根据(2)式，可以看出，fbg解调仪接收到的能量信号主要受几方面因素影响：

1.受测试点位置z影响，测试点所在位置距离越远，接收到的信号越小；

2.受e(λg)的影响，也就是受光源光能量谱的影响；

3.受a(x,λg)以及d(x,λg)的影响，在常用的情况下。这个主要是受到瑞利散射的影响，而瑞利散射是和波长相关的，其散射光强是和入射波长的四次方成反比的；

4.当假设e(λg)以及传输损耗不变的情况下，各个光纤光栅接收到的信号近似成指数关系。

假如每隔一个延时周期δt测试一次，那么相当于在光缆中分布了n个测试点，测试点之间的距离为l，则测试点的位置为：zi＝il。则在fbg解调仪处接收到的测试点反射光能量的时间间隔是：

n(λs,t)为波长为λs的光，在温度为t时的折射率，也就是受到波长和温度的影响。其中c0是是光在真空中的传播速度，为3×10⁸m/s。

根据上面的式子可以计算出第i个测试点的反射功率为：

(5)式，(6)式以及(7)式中关于r(z,λ)，p(λ)，c0，a(x,λ)以及d(x,λ)的定义和(2)，(3)式和(4)式相同。

式(6)是在测量第i个光纤光栅时的锁相时间差。根据(6)式可以推导出第i个光纤光栅的位置，如式(7)所示。这个是本发明解算的位置信息。从式(7)所示，计算出的光纤位置lci和几个因素有关系，一个是tci，也就是测试的时间，一个是光纤光栅的色散n(λi)。

那么根据式(7)可以得出第i个光纤光栅的位置的测试误差量为：

因此这里测试误差和两个因素有关，dtci以及dn(λi,t)，而dn(λi,t)又与λi以及温度t相关。这说明在测试的时候需要减小两个光开关的测量时间误差以减小dtci，同时需要提高fbg解调仪的精度。同时这里计算的误差量和系统在这个维度的容量也是相关的，为了能够区分出两个光纤光栅的位置，则两个光纤光栅取的空间间距δl应该远大于这里计算的误差量。也即是：

同时从(8)式可以看出，当满足第(10)式的时候，dlci＝0

也即是由于色散的存在，不同位置处的光纤光栅测得的位置有可能是重合的，因此本发明在设计光纤光栅的间距的时候需要考虑到这个问题，同时光纤的折射率受到光纤光栅中的传播波长以及分布式温度的影响，而分布式温度极易受到环境影响，所以在选取光纤光栅间距的时候最好不要取得太小，否则极易受到环境影响。根据第(8)式的计算，可以估算出在系统选择的光纤光栅中心波长的范围内，例如从(λ1到λn)，温度从(t1到tn)的范围内两个波长的测试误差的一系列数据，找到这个数组的最大值dlci(max)，那么在取光缆光栅间距的时候就应该大于dlci(max)，也即是：

δl＝max(dl1,dl2,···dln)

式(11)中，dli为在第i组参数下计算出的测量误差值。

在一具体的实施例中，从(4)可知，距离越长处光纤光栅反射的信号在入射端接收到的电信号更微弱。当光纤光栅的反射信号和光路中的散射信号以及电信号相当时就探测不到了。因此为了获得更高的信号强度，需要提高光源发光功率pi(λ)以增强fbg解调仪的动态范围以获取到更远距离微弱的fbg波长反射。因此在考虑光纤光栅的反射率时需要考虑到发光功率以及fbg解调仪的动态范围。

在一具体的实施例中，从(11)可知，光纤光栅的最小空间间隔应该由最小的光纤光栅波长间隔决定。对于本实施例采取的1cm间隔，最小的光纤光栅的波长间隔在1nm左右，因此本系统在选取光纤光栅的中心波长时，选取以0.5nm为后缀的波长，间隔为1nm，也便于识别与存储。

而在数据库中如何将识别信息与光缆信息进行对应存储，以便于搜索查找，则是本领域技术人员可以结合数据处理领域中的常规的方法来实现的，例如，按照参数、光纤光栅、光缆名称或者光缆编号进行一一对应存储，也可以是两个或多个光纤光栅的参数对应一个光缆名称或者光缆编号，即以多个光纤光栅形成的一个编码，对应一个光缆或者光纤段等，此处并不以此为本发明保护范围的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。