专利名称：一种基于otdr技术的光解调方法及其光解调仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤光栅系统的解调技术，可用于石油石化，公路，桥梁，电力等行业， 进行温度测量，火灾报警，应力应变监控等。具体涉及是一种基于OTDR技术的光解调方法及光解调仪，用OTDR技术识别相同或者相近的光栅，从而增加光栅解调仪的探头数量。
背景技术：
光纤光栅传感技术广泛用于石油石化，公路，桥梁，电力等行业，可以用于温度检测，火灾报警，应力应变监控等。因其使用基于光纤的传感头，具有绝缘性好，传感头不带电，可探测距离长，可靠性好等优点，在有些领域正逐渐取代传统的传感器。光纤光栅解调仪测量光纤光栅传感头的波长，再根据波长变化，计算出温度，应变等参数。常见的解调原理有宽光源+光谱仪解调和可调谐激光器+探测器两类。第一种是使用宽谱光源入射到光纤，这样从光纤光栅返回的光是一个和光纤光栅反射谱相同的光束，经过原光纤返回到解调仪，用环行器或者耦合器分开，进入到光谱仪， 测量出光波长就可以得到温度和应变的信息。同样一根光纤上可以带1到30个传感头，每个传感头的反射波长之间相差2到3nm，就可以把传感头分辨出来。为了增加测量的点数， 使用光开关来切换光纤，一般可以带1到32路，将传感头总数提高到90个以上。因光开关转换的时间长，测量时间会变得很长，不适合实时检测。第二种是使用可调谐激光器入射到光纤，光纤光栅返回的光带有这一波长的反射率信息，经原光纤返回解调仪，用环行器或者耦合器分开，进入到光探测器，探测器测量出光强信号，相当于测量出了反射率。当波长扫描一遍之后，所有波长上的反射率都被测量出来，可以还原出光纤光栅的反射光谱，据此计算出波长信息，转换出温度和应变的信息。同上，同一根光纤上可以带1到30个传感头。为增加探头数量，可以把可调谐激光器的光先用光分路器分开到1到32根光纤，每根光纤上对应一个光探测器。可以把传感头数量提高到90个以上。因每根光纤有对应的探测器，不需要光开关切换，可以获得基本实时的测量。但受到光源功率，光谱宽度以及测量时间的限制，以上两种方案最多带的传感头个数很难达到更多。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述现有技术的不足，本发明提供一种可以提高光纤上串接的传感头数量的基于OTDR技术的光解调方法及光解调仪。为解决以上技术问题，本发明的技术方案为一种基于OTDR技术的光解调方法， 其不同之处在于首先可调谐光源设定一个波长，然后通过耦合器或者环行器向串联有多个光纤光栅的被测光纤输出短脉冲，被光纤光栅反射回的光信号通过耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出信号送入数据处理单元；然后可调谐光源再设定其他波长，重复以上测试，并把数据送入数据处理单元。数据处理单元整合同一位置光纤光栅不同波长的反射强度信号，得到该光纤光栅的反射光谱；对不同位置的光纤光栅重复以上过程，
3从而得到光纤上串接的所有光纤光栅的反射光谱和/或光纤光栅在被测光纤上的分布位置。按以上方案，所述可调谐光源为可调谐激光器，可调谐激光器直接通过电流调制得到光短脉冲，或者直接输出稳定功率的光信号后再通过光调制器调制成光短脉冲，光短脉冲的宽度为IOns到Ius之间。按以上方案，所述光纤光栅为普通光纤光栅、切趾光纤光栅、长周期光纤光栅或者弱光栅。一种基于OTDR技术的光解调仪，其不同之处在于其包括可调谐光源、OTDR接收机以及光耦合器或者环行器，所述光耦合器或者环行器用来把入射到被测光纤中的光和从被测光纤反射回的光分开，可调谐光源产生的光脉冲通过光耦合器或者环行器送入串联有多个光纤光栅的被测光纤中，被测光纤上的光纤光栅反射回的光信号通过光耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出电信号送入数据处理单元。按以上方案，所述可调谐光源为可调谐激光器或者是宽谱光源经过可调谐滤波器的光输出。按以上方案，所述可调谐光源还包括一个EDFA掺铒光纤放大器，以放大可调谐激光器输出的光信号，获得0. Imff到500mW之间的脉冲光功率。按以上方案，所述OTDR接收机包括一个用于将光信号转变成电信号的PIN探测器或者APD探测器。按以上方案，所述OTDR接收机包括一个用于分辨不同时间返回来的光强信号的高速数据采集卡。按以上方案，所述数据处理单元选用单片机、FPGA、ARM、嵌入式系统、计算机中的一种。对比现有技术，本发明的原理及有益效果如下原来背景技术中的方案无法识别出同一反射波长的光栅传感头，传感头的数量受到解调仪光源覆盖范围的限制，只能通过扩宽光源覆盖范围来增加传感头数量。本发明借助OTDR的方式，可以通过位置来分辨出同一反射波长的多个光栅传感头，打破的传感头数量的限制。
图1为光调仪的硬件构架示意图；图2为解调原理示意图；图3为本发明实施例的1550nm波长光纤光栅解调仪示意图。
具体实施例方式首先总体上阐述本发明的实施思路将多个弱反射的光纤光栅以an到50m间隔串联在被测光纤上，每个光纤光栅反射率在0. 2 %到20 %之间，形成光纤光栅阵列，光纤光栅为普通光纤光栅、切趾光纤光栅、长周期光纤光栅或者弱光栅。然后使用可调谐光源，设定一个波长输出，调制激光器或者使用外加的调制器产生一个IOns到IOOns的光脉冲。当光脉冲遇到光纤光栅后反射回探测器，不同位置的光纤光栅返回的时间不同，得到一组反射率和位置数据。接着，更换一个波长输出，可以在同样的位置上被反射，但反射率不同，可以得到另外一组反射率和位置的数据。把同一位置光纤光栅不同波长的反射率组合起来，可以得到那个位置光纤光栅的光栅反射光谱，通过光谱计算出该位置光纤光栅的光栅波长， 得到该光纤光栅所在位置的信息。把所有的位置同样处理，就可以得到被测光纤上所有的光纤光栅的波长信息，推算出所有光纤光栅的温度或者应变信息。本发明技术的实施，可以大大提高被测光纤上串接的传感头数量。以下结合附图进一步说明本发明具体实施方式
。如图1-图2所示，一种基于OTDR技术的光解调方法，首先可调谐光源1设定一个波长，然后通过耦合器2或者环行器向串联有多个光纤光栅6的被测光纤5输出短脉冲，被光纤光栅6反射回的光信号通过耦合器2或者环行器进入OTDR接收机3，OTDR接收机3的输出信号送入数据处理单元4 ；然后可调谐光源1再设定其他波长，重复以上测试，并把数据送入数据处理单元4。数据处理单元4整合同一位置光纤光栅6不同波长的反射强度信号，得到该光纤光栅6的反射光谱；对不同位置的光纤光栅6重复以上过程，从而得到被测光纤5上串接的所有光纤光栅6的反射光谱和/或光纤光栅6在被测光纤5上的分布位置。具体的，所述可调谐光源1为可调谐激光器，可调谐激光器直接通过电流调制得到光短脉冲，或者直接输出稳定功率的光信号后再通过光调制器调制成光短脉冲，光短脉冲的宽度为IOns到Ius之间。具体的，光纤光栅6可选普通光纤光栅、切趾光纤光栅、长周期光纤光栅或者弱光栅中的一种。一种基于OTDR技术的光解调仪，其包括可调谐光源1、OTDR接收机3以及光耦合器2或者环行器，所述光耦合器2或者环行器用来把入射到被测光纤5中的光和从被测光纤5反射回的光分开，可调谐光源1产生的光脉冲通过光耦合器2或者环行器送入串联有多个光纤光栅6的被测光纤5中，被测光纤5上的光纤光栅6反射回的光信号通过光耦合器2或者环行器进入OTDR接收机3，OTDR接收机3的输出电信号送入数据处理单元4。如图3所示，具体的，所述可调谐光源1包括可调谐激光器1-1。进一步的，所述可调谐光源1还包括EDFA掺铒光纤放大器1_2，以放大可调谐激光器1-1输出的光信号，获得0. Imff到500mW之间的脉冲光功率。 具体的，所述OTDR接收机3包括一个用于将光信号转变成电信号的PIN探测器或者APD探测器。具体的，所述OTDR接收机3包括一个用于分辨不同时间返回来的光强信号的高速数据采集卡。具体的，所述数据处理单元4选用单片机、FPGA、ARM、嵌入式系统、计算机中的一种。如图3所示，调制可调谐激光器1-1，使之出波长为λ n的光脉冲，然后通过EDFA 掺铒光纤放大器1-2放大成为IOOmW左右的光脉冲；该光脉冲通过耦合器2之后，一半的光进入到带有多个光纤光栅6的被测光纤5中。不同位置的光纤光栅6的反射光谱不同，所以反射回来的光强也不同，时间也不同，返回来的光通过耦合器2，一半进入到OTDR接收机 3，被接收机中的PIN管或者APD管转化为电信号；OTDR接收机3带有高速数据采集功能，可以记录不同时间返回的反射光信号以及该光信号的强度；此强度-时间连同波长信号被送入数据处理单元；数据处理单元4会把同一时间反射回的信号按波长分组，得到光纤光栅6 的波长信号，对光纤光栅6进行定位和波长测量；对不同的时间返回的信号做相同处理，就可以得到被测光纤5上不同位置光纤光栅6的波长了。当光纤光栅串接，而且波长相近的时候，前面光纤光栅的反射率会影响到入射到后面光纤光栅的光强，所以光纤光栅的反射率不能太高，如果被测光纤带100个光纤光栅， 反射率应该大约为0. ldB。如果是弱反射光纤，则是更弱的反射，以获得更长的测试距离。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于OTDR技术的光解调方法，其特征在于首先可调谐光源设定一个波长，然后通过耦合器或者环行器向串联有多个光纤光栅的被测光纤输出短脉冲，被光纤光栅反射回的光信号通过耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出信号送入数据处理单元；然后可调谐光源再设定其他波长，重复以上测试，并把数据送入数据处理单元。数据处理单元整合同一位置光纤光栅不同波长的反射强度信号，得到该光纤光栅的反射光谱；对不同位置的光纤光栅重复以上过程，从而得到光纤上串接的所有光纤光栅的反射光谱和/或光纤光栅在被测光纤上的分布位置。
2.如权利要求1所述的基于OTDR技术的光解调方法，其特征在于所述可调谐光源为可调谐激光器，可调谐激光器直接通过电流调制得到光短脉冲，或者直接输出稳定功率的光信号后再通过光调制器调制成光短脉冲，光短脉冲的宽度为IOns到Ius之间。
3.如权利要求1所述的基于OTDR技术的光解调方法，其特征在于所述光纤光栅为普通光纤光栅、切趾光纤光栅、长周期光纤光栅或者弱光栅。
4.一种基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于其包括可调谐光源、OTDR接收机以及光耦合器或者环行器，所述光耦合器或者环行器用来把入射到被测光纤中的光和从被测光纤反射回的光分开，可调谐光源产生的光脉冲通过光耦合器或者环行器送入串联有多个光纤光栅的被测光纤中，被测光纤上的光纤光栅反射回的光信号通过光耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出电信号送入数据处理单元。
5.如权利要求4所述的基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于所述可调谐光源为可调谐激光器或者是宽谱光源经过可调谐滤波器的光输出。
6.如权利要求5所述的基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于所述可调谐光源还包括一个EDFA掺铒光纤放大器，以放大可调谐激光器输出的光信号，获得0. Imff到500mW之间的脉冲光功率。
7.如权利要求4所述的基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于所述OTDR接收机包括一个用于将光信号转变成电信号的PIN探测器或者APD探测器。
8.如权利要求4或7所述的基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于所述OTDR接收机包括一个用于分辨不同时间返回来的光强信号的高速数据采集卡。
9.如权利要求4所述的基于OTDR技术的光解调仪，其特征在于所述数据处理单元选用单片机、FPGA、ARM、嵌入式系统、计算机中的一种。
全文摘要
本发明涉及光纤光栅系统的解调技术，具体涉及是一种基于OTDR技术的光解调方法及光解调仪，其不同之处在于首先可调谐光源设定一个波长，然后通过耦合器或者环行器向串联有多个光纤光栅的被测光纤输出短脉冲，被光纤光栅反射回的光信号通过耦合器或者环行器进入OTDR接收机，OTDR接收机的输出信号送入数据处理单元；然后可调谐光源再设定其他波长，重复以上测试，并把数据送入数据处理单元。数据处理单元整合同一位置光纤光栅不同波长的反射强度信号，得到该光纤光栅的反射光谱；对不同位置的光纤光栅重复以上过程，从而得到光纤上串接的所有光纤光栅的反射光谱和/或光纤光栅在被测光纤上的分布位置。本发明可以打破被测光纤上的传感头数量限制。
文档编号H04B10/08GK102269911SQ20111027311
公开日2011年12月7日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者万琼, 李传文 申请人:武汉朗睿科技有限公司