大容量弱光柵陣列加工設(shè)備及方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在于，它包括中心控制系統(tǒng)、預(yù)加工原料裝料裝置、裸纖直徑監(jiān)測裝置、光纖加工溫度控制裝置、FBG刻寫平臺、雙重涂覆和固化單元和FBG纏繞裝置，中心控制系統(tǒng)的裝料控制信號輸出端連接預(yù)加工原料裝料裝置的控制信號輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置的信號輸出端連接中心控制系統(tǒng)的裸纖直徑監(jiān)測結(jié)果輸入端，中心控制系統(tǒng)的溫度控制信號輸出端連接光纖加工溫度控制裝置的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)的光纖光柵刻寫控制信號輸出端連接激光器刻寫裝置的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)的FBG纏繞控制信號輸出端連接FBG纏繞裝置的控制信號輸入端。本發(fā)明專利技術(shù)能大大提高分布式傳感系統(tǒng)的復(fù)用容量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及分布式光纖傳感檢測
，具體地指一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備及方法。
技術(shù)介紹
光纖傳感器目前由單點檢測逐步發(fā)展為多點準(zhǔn)分布式和全分布式檢測。由于其能實現(xiàn)大范圍測量中分布信息的提取，可解決目前測量領(lǐng)域的眾多難題。在各種分布式光纖傳感技術(shù)中，基于FBG復(fù)用的準(zhǔn)分布式復(fù)用技術(shù)對溫度、應(yīng)變、振動等外界物理量有高傳感靈敏度，以及體積小、動態(tài)區(qū)間寬、可靠性高、防電磁干擾等優(yōu)點，成為光纖傳感的突出研究熱點。光纖光柵傳感的分布式檢測，通過對FBG反射光譜中心波長漂移的檢測來測量外界物理參量的變化，由于其探測能力不受光源功率波動、探測器老化等因素影響，適合進(jìn)行長期安全監(jiān)測。近年來在航空航天領(lǐng)域、土木工程領(lǐng)域、機(jī)械在線監(jiān)測領(lǐng)域這些應(yīng)用場合，對分布式的容量以及空間分辨率要求逐步提高。分布式檢測多采用的是光分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行解調(diào)，最常見的波分復(fù)用技術(shù)，受光器件帶寬的限制，單路復(fù)用容量一般不超過幾十個。為進(jìn)一步提高光纖光柵傳感器的復(fù)用數(shù)目，后相繼提出了基于光時域反射(OTDR)以及光頻域反射(OFDR)的解調(diào)技術(shù)，來提高復(fù)用容量。目前用來提高復(fù)用容量的解調(diào)方法主要有以下幾種。(1)董小鵬(董小鵬,鄭俊達(dá).基于波分復(fù)用的光纖多防區(qū)周界傳感系統(tǒng)[J].中國激光,2012(9):107-110.)，提出了一種新的光纖多防區(qū)周界傳感系統(tǒng)，采用波分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)了監(jiān)控防區(qū)和通道的擴(kuò)展。利用波分復(fù)用器件與技術(shù)，多根傳感光纖共用一套干涉系統(tǒng)，實現(xiàn)了多個干涉子系統(tǒng)同時、獨立的監(jiān)測。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個分散防區(qū)同時、獨立的入侵檢測和定位，信號響應(yīng)時間小于1ms，不同防區(qū)間信號的串?dāng)_小于-20dB。利用帶寬劃分為多個傳感信道來提高帶寬資源的利用率，單是復(fù)用個數(shù)受光源譜寬、光柵帶寬及相鄰光柵間距的影響，數(shù)量很有限。(2)張彩霞(張彩霞,張震偉,鄭萬福,等.超弱反射光柵準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)研究[J].中國激光,2014(4):145-149.)采用波長可調(diào)諧光源與光時域反射技術(shù)(OTDR)結(jié)合的方案，通過對光脈沖調(diào)制技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換電路的優(yōu)化，實現(xiàn)了一種對超弱全同反射光纖光柵的準(zhǔn)分布式解調(diào)系統(tǒng)。實驗中，20個中心波長相近的超弱反射光柵間隔2m放置于約5.8km長的光纖尾端，該解調(diào)系統(tǒng)成功實現(xiàn)了對這些反射率僅為0.01％的超弱反射光柵高信噪比的解調(diào)與定位，并且測得的光纖布拉格光柵(FBG)中心波長隨溫度變化的線性度達(dá)到99.7％以上。OTDR解調(diào)技術(shù)具有高復(fù)用、長距離的優(yōu)勢，然易受脈沖寬度和信噪比的相互制約而難以實現(xiàn)高空間分辨率的要求，一般僅能達(dá)到數(shù)米的數(shù)量級。(3)Yüksel,K(Yüksel,K,Moeyaert,V,Mégret,P,etal.CompleteAnalysisofMultireflectionandSpectral-ShadowingCrosstalksinaQuasi-DistributedFiberSensorInterrogatedbyOFDR[J].IEEESensorsJournal,2012,12(5):988-995.)基于光源掃頻和光外差探測的測量技術(shù)，不僅理論上具有很高的復(fù)用容量，而且具有極高的空間分辨率和精度，但是其復(fù)用容量主要受限于FBG的光譜陰影和串?dāng)_拍頻。陰影效應(yīng)和光柵之間的多重反射會對光柵陣列的反射信號造成干擾，而使光柵復(fù)用的數(shù)量受到限制。目前，準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)主要的發(fā)展瓶頸存在于分布式的復(fù)用數(shù)量以及空間分辨率上。采用光分復(fù)用法來提高分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)的復(fù)用容量，消除陰影效應(yīng)以及光柵之間的串?dāng)_拍頻則為其重點以及難點。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)就是針對上述技術(shù)問題，提供一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備及方法，該設(shè)備和方法能大大提高分布式傳感系統(tǒng)的復(fù)用容量，使其在溫度、應(yīng)力、振動等參量的長距離傳感中得到廣泛應(yīng)用。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所設(shè)計的一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在于，它包括中心控制系統(tǒng)、預(yù)加工原料裝料裝置、裸纖直徑監(jiān)測裝置、光纖加工溫度控制裝置、FBG(FiberBraggGrating，光纖布拉格光柵)刻寫平臺、雙重涂覆和固化單元和FBG纏繞裝置，所述預(yù)加工原料裝料裝置的裸纖輸出端對應(yīng)裸纖直徑監(jiān)測裝置的裸纖輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置的裸纖輸出端對應(yīng)光纖加工溫度控制裝置的裸纖輸入端，光纖加工溫度控制裝置的裸纖輸出端連接雙重涂覆和固化單元的裸纖輸入端，雙重涂覆和固化單元的光纖輸出端連接FBG纏繞裝置的光纖輸入端，所述光纖加工溫度控制裝置具有光纖光柵刻寫縫隙，所述FBG刻寫平臺的激光器刻寫裝置用于通過光纖加工溫度控制裝置的光纖光柵刻寫縫隙進(jìn)行中心波長隨機(jī)間距分布的弱布拉格反射光纖光柵陣列刻寫操作(弱布拉格反射光纖光柵為現(xiàn)有常規(guī)光纖光柵，其與一般的布拉格反射光纖光柵存在一定的差異，主要體現(xiàn)在其折射率的調(diào)制強度很小，光柵長度短，一般在1cm以內(nèi)，并且它的3db反射帶寬基本在200pm以內(nèi)，峰值反射率很低，一般低于1％)；所述中心控制系統(tǒng)的裝料控制信號輸出端連接預(yù)加工原料裝料裝置的控制信號輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置的信號輸出端連接中心控制系統(tǒng)的裸纖直徑監(jiān)測結(jié)果輸入端，中心控制系統(tǒng)的溫度控制信號輸出端連接光纖加工溫度控制裝置的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)的光纖光柵刻寫控制信號輸出端連接激光器刻寫裝置的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)的FBG纏繞控制信號輸出端連接FBG纏繞裝置的控制信號輸入端。一種利用上述大容量弱光柵陣列加工設(shè)備進(jìn)行光柵陣列加工的方法，它包括如下步驟：步驟1：中心控制系統(tǒng)控制預(yù)加工原料裝料裝置用預(yù)制棒拉制裸纖，并結(jié)合裸纖直徑監(jiān)測裝置的閉環(huán)控制使其裸纖拉制速度和裸纖絲徑達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；步驟2：中心控制系統(tǒng)控制光纖加工溫度控制裝置對處于光纖加工溫度控制裝置內(nèi)的裸纖的溫度進(jìn)行調(diào)控；同時，中心控制系統(tǒng)對激光器刻寫裝置的脈沖周期進(jìn)行預(yù)設(shè)，使激光器刻寫裝置通過光纖加工溫度控制裝置的光纖光柵刻寫縫隙在光纖光柵刻寫目標(biāo)間隔的90～110％范圍對裸纖內(nèi)進(jìn)行中心波長隨機(jī)間距分布的弱布拉格反射光纖光柵陣列刻寫操作；步驟3：所述雙重涂覆和固化單元對步驟2刻寫光柵后的裸纖進(jìn)行涂覆、固化形成光柵光纖，并將光柵光纖進(jìn)行裝盤。本專利技術(shù)的原理為：在光纖光柵在制作時，溫度應(yīng)力的變化會使光纖光柵的中心波長發(fā)生改變，脈沖強度得變化能使光纖光柵反射率發(fā)生改變，而光纖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在于，它包括中心控制系統(tǒng)(1)、預(yù)加工原料裝料裝置(2)、裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)、光纖加工溫度控制裝置(4)、FBG刻寫平臺(5)、雙重涂覆和固化單元(7)和FBG纏繞裝置(8)，所述預(yù)加工原料裝料裝置(2)的裸纖輸出端對應(yīng)裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的裸纖輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的裸纖輸出端對應(yīng)光纖加工溫度控制裝置(4)的裸纖輸入端，光纖加工溫度控制裝置(4)的裸纖輸出端連接雙重涂覆和固化單元(7)的裸纖輸入端，雙重涂覆和固化單元(7)的光纖輸出端連接FBG纏繞裝置(8)的光纖輸入端，所述光纖加工溫度控制裝置(4)具有光纖光柵刻寫縫隙(10)，所述FBG刻寫平臺(5)的激光器刻寫裝置(6)用于通過光纖加工溫度控制裝置(4)的光纖光柵刻寫縫隙(10)進(jìn)行中心波長隨機(jī)間距分布的弱布拉格反射光纖光柵陣列刻寫操作；所述中心控制系統(tǒng)(1)的裝料控制信號輸出端連接預(yù)加工原料裝料裝置(2)的控制信號輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的信號輸出端連接中心控制系統(tǒng)(1)的裸纖直徑監(jiān)測結(jié)果輸入端，中心控制系統(tǒng)(1)的溫度控制信號輸出端連接光纖加工溫度控制裝置(4)的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)(1)的光纖光柵刻寫控制信號輸出端連接激光器刻寫裝置(6)的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)(1)的FBG纏繞控制信號輸出端連接FBG纏繞裝置(8)的控制信號輸入端。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在于，它包括中心控
制系統(tǒng)(1)、預(yù)加工原料裝料裝置(2)、裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)、光纖
加工溫度控制裝置(4)、FBG刻寫平臺(5)、雙重涂覆和固化單元(7)
和FBG纏繞裝置(8)，所述預(yù)加工原料裝料裝置(2)的裸纖輸出端對
應(yīng)裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的裸纖輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的裸
纖輸出端對應(yīng)光纖加工溫度控制裝置(4)的裸纖輸入端，光纖加工溫
度控制裝置(4)的裸纖輸出端連接雙重涂覆和固化單元(7)的裸纖輸
入端，雙重涂覆和固化單元(7)的光纖輸出端連接FBG纏繞裝置(8)
的光纖輸入端，所述光纖加工溫度控制裝置(4)具有光纖光柵刻寫縫
隙(10)，所述FBG刻寫平臺(5)的激光器刻寫裝置(6)用于通過光
纖加工溫度控制裝置(4)的光纖光柵刻寫縫隙(10)進(jìn)行中心波長隨
機(jī)間距分布的弱布拉格反射光纖光柵陣列刻寫操作；
所述中心控制系統(tǒng)(1)的裝料控制信號輸出端連接預(yù)加工原料裝
料裝置(2)的控制信號輸入端，裸纖直徑監(jiān)測裝置(3)的信號輸出端
連接中心控制系統(tǒng)(1)的裸纖直徑監(jiān)測結(jié)果輸入端，中心控制系統(tǒng)(1)
的溫度控制信號輸出端連接光纖加工溫度控制裝置(4)的控制信號輸
入端，中心控制系統(tǒng)(1)的光纖光柵刻寫控制信號輸出端連接激光器
刻寫裝置(6)的控制信號輸入端，中心控制系統(tǒng)(1)的FBG纏繞控
制信號輸出端連接FBG纏繞裝置(8)的控制信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在
于：它還包括用于隨時監(jiān)視光纖光柵刻寫過程的FBG在線刻寫監(jiān)視裝
置(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在
于：所述光纖加工溫度控制裝置(4)為半導(dǎo)體材溫度控制裝置，該半
導(dǎo)體材溫度控制裝置正向通電后，半導(dǎo)體材溫度控制裝置的外表面為冷
面，半導(dǎo)體材溫度控制裝置的內(nèi)表面為與裸纖(12)接觸的熱面，半導(dǎo)
體材溫度控制裝置反向通電時，冷熱面交換，實現(xiàn)溫控。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大容量弱光柵陣列加工設(shè)備，其特征在

\t于：所述光纖加工溫度控制裝置(4)的外表面加裝散熱裝置(11)。
5.一種利用權(quán)利要求1所述大容量弱光柵陣列加工設(shè)備...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李政穎，桂鑫，王洪海，孫文豐，郭會勇，余海湖，王凡，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42