弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着光纤光栅传感应用规模不断扩展、传感需求多样化，光纤光栅传感技术正朝着高性能、集约化和网络化的方向持续发展；随着物联网技术的推广和深入发展，寻求新一代大容量、长距离光纤光栅传感器网络已成为信息获取技术的重大课题。
[0003]常规光栅传感系统多采用波分复用方式，由于光源带宽限制，该方法复用的光栅数量有限，远远不能满足大容量要求。武汉理工大学光纤传感技术中心申请了基于时分复用能力强的弱反射率光栅构建大容量传感系统的发明专利(超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国，专利号:ZL.201210390000.8.和一种超弱光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国，专利号:ZL.201210391578.5.)。由于时分复用方法基于不同位置光栅的反射光到达探测器的时间不同进行信号解调，所以同一波长上能复用多个光栅；随着光栅反射率的降低，同一波长上光栅复用数量会成倍增加，从而实现光栅传感系统的大复用量。
[0004]以上发明专利借助两个SOA的高速开关及光放大特性，通过控制两个SOA的开关时延锁定光栅阵列中的某光栅对其反射信号进行采集，并通过扫描各光栅的时延实现光栅阵列的信号解调。该方法结构简单，实施成本低；同时因能避免大量非光栅处冗余数据的采集及处理，从而提高系统的解调速度。然而，由于大容量检测基于超弱反射率光纤光栅，为了实现光开关SOA足够的功率增益以达到对光栅超弱反射信号的检测，光源带宽需要限制在较窄范围(4nm左右)内，有限的波长带宽较难满足大多数实际工程的结构应力监测。
[0005]如何解决该检测方法的窄光源带宽与工程检测所要求的宽工作带宽之间的矛盾，以完善超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国，专利号:ZL.201210390000.8.和一种超弱光纤光栅传感系统及其查询方法[发明专利].中国，专利号:ZL.201210391578.5.在实际工程应用中应力检测的可行性，实现更加实用可行的超大容量、长距离光纤光栅传感网络成为本发明申请提出的关键所在。
[0006]光纤光栅法布里-珀罗腔(FP)阵列，用光栅FP替代超弱光纤光栅作为传感基元。由于其干涉腔内介质是光纤，光在腔内来回反射的损耗非常小，因此，光纤光栅FP腔传感阵列具有光纤光栅阵列低插入损耗的特点，可以实施大容量、长距离传感。用两光栅间的FP腔作为传感部件，通过检测光栅FP腔干涉谱的变化实现传感被测量的检测。相对于以光纤光栅作为传感单元的传感系统，光纤光栅FP传感器具有以下优点:
[0007]1、由于光纤光栅FP腔的传感部分为两光栅间的光纤，光栅本身并不参与应力传感，因此并不存在光纤光栅本身作为传感单元因应力作用使其Bragg波长飘出光源带宽的情况，光纤光栅FP腔具有更宽的动态响应范围。
[0008]2、光纤光栅在不均匀应力作用下会出现啁啾现象，导致Bragg波长解调不准，而光纤光栅FP以腔中光纤作为传感部件，其干涉谱变化仅与腔长变化有关，因此并不会出现光栅啁啾现象导致检测难度增加。
[0009]3、对于长距离光纤光栅或光纤光栅FP传感阵列，光纤传输损耗对远端传感单元信号检测影响显著；通过合理分配远、近端光栅反射率确保所有反射回来的信号强度相当。对于光栅传感器而言，制备中较易实施的方法是通过逐渐调节光栅长度的方法实现光栅反射率强弱调节；但是随着光栅长度简短，光栅反射谱强度减弱，同时伴随谱形展宽，Bragg波长准确解调困难程度增加。而光纤光栅FP随着光栅长度减小，干涉谱强度减弱，但其主包络区展宽，干涉条纹数量增多，一定程度上更加有利于后端信号解调。因此，光纤光栅FP传感器通过调节光栅长度实现传感阵列信号强度逐渐变化并不会给后端信号解调带来困难。
[0010]4、光纤FP干涉腔内介质是光纤，光在腔内来回反射的损耗非常小，因此其腔长可以设计很长，这样通过空间频分复用方法可以增加传感器的复用数量。以FP腔中间光纤作为传感单元，根据被测应力大小，合理选择FP腔的传感光纤长度，可起到优化传感器检测灵敏度或应力空间精度的作用。
[0011]5、由于光纤光栅FP干涉谱是在光栅反射谱所包络的区间内形成干涉条纹。以干涉条纹极值为参考计算被测变化量，相对于光栅精度更高。
[0012]因此，在大容量、长距离光纤传感系统应用中，光纤光栅FP传感器相对于光纤光栅而言，具有诸多优点，如何制备便成了亟待解决的一个难题。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法精确控制光纤光栅FP阵列的制备的缺陷，提供一种能够精确控制制备光纤光栅的长度和腔长的弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置及方法。
[0014]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0015]本发明提供一种弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备装置，包括一维平移台和相位掩模板阵列，所述一维平移台上设置有用于固定和调节所述相位掩模板阵列的可移动夹具；
[0016]所述相位掩模板阵列包括基片和所述基片上设置的多个形状、大小均相同的相位掩模干涉区，所述相位掩模干涉区密集等间距的排列在所述基片中；
[0017]所述相位掩模板阵列的入射面上固定设置有带有多个狭缝的FP掩模板，固定的激光束辐射在所述狭缝后，在所述相位掩模干涉区上形成光斑区，并透过所述相位掩模干涉区辐射在光纤上；
[0018]所述夹具沿所述一维平移台移动，并带动所述相位掩模板阵列和所述FP掩模板移动，使激光束辐射到不同的所述狭缝和所述相位掩模干涉区上。
[0019]进一步地，本发明的所述FP掩模板上设置有多对形状大小均相同的所述狭缝，每对所述狭缝沿水平轴线对称，且间距依次增大。
[0020]进一步地，本发明的所述狭缝有3对，其大小均为2.5mm*Imm, 3对所述狭缝的间距依次为1mm、2mm和3mm。
[0021]进一步地，本发明的所述FP掩模板上设置有多个在水平方向上共轴的所述狭缝，所述狭缝的宽度依次增大且等间距布置。
[0022]进一步地，本发明的所述狭缝有3个，其长度均为1mm，宽度依次为0.5mm、Imm和
1.5mmο
[0023]进一步地，本发明的所述一维移动台上还设置有伺服控制机构、双燕尾槽轨道以及丝杆；
[0024]所述丝杆一端与所述伺服控制机构连接，所述夹具底部通过丝杆螺母与所述丝杆连接，所述伺服控制机构带动所述丝杆转动，使所述夹具沿所述双燕尾槽轨道移动。
[0025]进一步地，本发明的所述FP掩模板为不锈钢材质。
[0026]进一步地，本发明的所述FP掩模板的厚度为0.05-0.15mm。
[0027]本发明提供一种弱光纤光栅法布里-珀罗腔传感阵列在线制备方法，具体步骤为:
[0028]加工FP掩膜板，在上面设置多对形状大小均相同的狭缝，每对狭缝沿水平轴线对称，且间距依次增大；
[0029]激光束辐射到其中一对狭缝上，在相位掩模干涉区内形成两个光斑区，光斑透过相位掩模板阵列分别辐射在两根光纤上，从而在两