本發(fā)明涉及光纖光柵領(lǐng)域，尤其涉及一種波長全同光纖光柵光譜解調(diào)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光纖光柵傳感器已在火災(zāi)、結(jié)構(gòu)健康等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的傳感技術(shù)，光纖光柵可以通過波分復(fù)用的方式進(jìn)行陣列式監(jiān)測(cè)，即將不同波長的光纖光柵傳感器進(jìn)行串接，形成較廣的覆蓋范圍。但波分復(fù)用的方式仍受限于光纖光柵解調(diào)儀表的波長范圍。例如解調(diào)儀表波長范圍為40nm，為每個(gè)傳感器預(yù)留2nm的區(qū)域，則最多僅能承載20個(gè)不同波長的光纖光柵傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，如儲(chǔ)罐、隧道等大范圍火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常僅需要區(qū)域溫度監(jiān)測(cè)，不需要較高的定位精度，因此采用波分復(fù)用的光纖光柵傳感器面臨傳感范圍和傳感器密度雙重受限難題。

為解決上述難題，期望用一臺(tái)光纖光柵解調(diào)器可以測(cè)量更多的傳感器，在波分復(fù)用的基礎(chǔ)上，全同光纖光柵區(qū)域監(jiān)測(cè)方案應(yīng)運(yùn)而生。全同光纖光柵就是選取一系列中心波長相同的多個(gè)光纖光柵串聯(lián)，一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域采用同一波段的光纖光柵傳感器，使傳感距離有了成倍增加。但由于全同光纖光柵的中心波長的重疊，如何辨析波長改變量是該技術(shù)的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)全同光纖光柵波長解調(diào)的難點(diǎn)，提出了光譜差分的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全同光纖光柵波長微小變化的監(jiān)測(cè)，解決了全同光纖光柵波長解析問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

提供一種波長全同光纖光柵光譜解調(diào)方法，包括以下步驟：

采樣全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀；

采樣全同光纖光柵在當(dāng)前狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為當(dāng)前光譜S₁；

當(dāng)前光譜S₁減去標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀，得到差分光譜S_差分，S_差分＝S₁-S₀；

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置；

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置計(jì)算全同光纖光柵波長在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的波長λ₀和當(dāng)前狀態(tài)下的波長λ₁。

本發(fā)明還提供了一種基于波長全同光纖光柵光譜的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，包括：

光柵光譜標(biāo)定模塊，用于采樣全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀；并采樣全同光纖光柵在當(dāng)前狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為當(dāng)前光譜S₁；

光柵光譜差分模塊，用于將當(dāng)前光譜S₁減去標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀，得到差分光譜S_差分，S_差分＝S₁-S₀；

光柵反射峰判斷模塊，用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置；

全同波長計(jì)算模塊，用于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置計(jì)算全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的波長λ₀和當(dāng)前狀態(tài)下的波長λ₁。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案為基于波長全同光纖光柵光譜的監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵解調(diào)儀表和多個(gè)串接的全同光纖光柵；

全同光纖光柵包括串接的多個(gè)中心波長相同的光纖光柵傳感器，不同的全同光纖光柵置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)；

該光纖光柵解調(diào)儀表包含上述系統(tǒng)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明將波分復(fù)用和全同光纖光柵結(jié)合起來，在不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)采用不同中心波長的全同光纖光柵陣列，在一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，串接中心波長相同的光纖光柵，增加了覆蓋范圍，并提出了光譜差分的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全同光纖光柵波長微小變化的監(jiān)測(cè)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是光纖光柵波分復(fù)用串接示意圖；

圖2是波分復(fù)用加全同光纖光柵區(qū)域監(jiān)測(cè)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的全同光纖光柵光譜分析方法的框圖；

圖4是本發(fā)明提供的全同光纖光柵光譜分析方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明提供的全同光纖光柵20℃時(shí)的光譜圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的全同光纖光柵中某一個(gè)傳感器加熱至23℃時(shí)的光譜圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的全同光纖光柵中某一個(gè)傳感器加熱至23℃時(shí)的光譜差分圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例的波長全同光纖光柵光譜解調(diào)方法，如圖4所示，包括以下步驟：

采樣全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：全同光纖光柵置于常溫下的狀態(tài)。

采樣全同光纖光柵在當(dāng)前狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為當(dāng)前光譜S₁；

當(dāng)前光譜S₁減去標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀，得到差分光譜S_差分，S_差分＝S₁-S₀；

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置；

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置計(jì)算全同光纖光柵波長在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的波長λ₀和當(dāng)前狀態(tài)下的波長λ₁。

本發(fā)明實(shí)施例基于波長全同光纖光柵光譜的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)上述方法，如圖3所示，該系統(tǒng)具體包括：

光柵光譜標(biāo)定模塊31，用于采樣全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀；并采樣全同光纖光柵在當(dāng)前狀態(tài)下的光譜，記錄并保存為當(dāng)前光譜S₁；

光柵光譜差分模塊32，用于將當(dāng)前光譜S₁減去標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀，得到差分光譜S_差分，S_差分＝S₁-S₀；

光柵反射峰判斷模塊33，用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置；

全同波長計(jì)算模塊34，用于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光譜S₀和差分光譜S_差分的峰值位置計(jì)算全同光纖光柵在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的波長λ₀和當(dāng)前狀態(tài)下的波長λ₁。

本實(shí)施例以全同光纖光柵測(cè)溫應(yīng)用為例。圖1為采用波分復(fù)用方式組成的光纖光柵傳感器陣列，各個(gè)傳感器均采用獨(dú)一的波長。為了將上述方法和系統(tǒng)運(yùn)用到實(shí)際場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和全同光纖光柵的結(jié)合，可采用波分復(fù)用和全同波長光纖光柵區(qū)域監(jiān)測(cè)傳感器陣列，即在一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，串接波長相同的光纖光柵?？筛鶕?jù)區(qū)域大小，串接的光纖光柵數(shù)量也可以不同。因此，采用全同波長光纖光柵方案增加了覆蓋范圍。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于波長全同光纖光柵光譜的監(jiān)測(cè)裝置包括光纖光柵解調(diào)儀表和多個(gè)串接的全同光纖光柵；全同光纖光柵包括串接的多個(gè)中心波長相同的光纖光柵傳感器，不同的全同光纖光柵置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)；該光纖光柵解調(diào)儀表包含上述實(shí)施例的系統(tǒng)。

光柵光譜標(biāo)定模塊1對(duì)全同光纖光柵在溫度T₀＝20℃下的光譜進(jìn)行記錄保存為S₀(如圖5所示)。將全同光纖光柵中某一個(gè)傳感器加熱至一定溫度T₁時(shí)的光譜S₁(如圖6所示)，光柵光譜差分模塊32將全同光纖光柵當(dāng)前的光譜S₁減去光柵光譜標(biāo)定模塊31保存的S₀得到結(jié)果S_差分即S_差分＝S₁-S₀(如圖7所示)。

光柵反射峰判斷模塊33對(duì)光譜數(shù)據(jù)S₀和光譜差分?jǐn)?shù)據(jù)S_差分光柵反射峰頂部附近的17個(gè)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間進(jìn)行功率加權(quán)平均得到S₀和S_差分的峰值位置t₀和t₁(如公式1所示，其中P_i和t_i分別為采樣數(shù)據(jù)的功率和時(shí)間)。

全同波長計(jì)算模塊34分別根據(jù)光譜數(shù)據(jù)S₀和光譜差分?jǐn)?shù)據(jù)S_差分對(duì)應(yīng)的峰值位置t₀和t₁，將峰值位置代入波長線性方程λ(t)＝0.02t+1530算出溫度T₀下全同光纖光柵波長λ₀＝1535.968nm和當(dāng)前的全同光纖光柵波長λ₁＝1535.998nm。

最后，根據(jù)光纖光柵波長與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如溫度變化1度，波長變化10pm。可以計(jì)算出當(dāng)前全同光纖光柵的溫度T₁＝23℃。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。