[发明专利]基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统和方法

权利要求书

1.一种基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统，其特征在于，所述双波长分布式弱光栅阵列传感系统包括第一窄线宽激光器、第二窄线宽激光器、2×2耦合器、第一声光调制器、第二声光调制器、脉冲信号发生器、2×1耦合器、掺铒光纤放大器、环形器、融合双波长弱光栅阵列的传感光纤、波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、数据采集卡以及数据处理器；

所述第一窄线宽激光器发出中心波长为λ₁的连续光和第二窄线宽激光器发出中心波长为λ₂的连续光；所述2×2耦合器将两路中心波长不同的连续光送入两个分支，且同时存在于这两个分支中；所述脉冲信号发生器发出第一脉冲电信号和第二脉冲电信号分别控制第一声光调制器和第二声光调制器对连续光进行调制，同时向所述数据采集卡传输同步触发信号，第一声光调制器输出叠加在一起的第一脉冲光和第二脉冲光，第二声光调制器输出叠加在一起的第三脉冲光和第四脉冲光；所述第一脉冲光、第二脉冲光、第三脉冲光和第四脉冲光的脉冲宽度相同；所述第一声光调制器与第二声光调制器的移频频率不同；所述2×1耦合器将所述第一脉冲光、第二脉冲光、第三脉冲光和第四脉冲光送入同一个分支后由所述掺铒光纤放大器放大，放大后的第一脉冲光、第二脉冲光、第三脉冲光和第四脉冲光通过环形器进入融合双波长弱光栅阵列的传感光纤；所述融合双波长弱光栅阵列的传感光纤中包含中心波长为λ₁的第一弱光栅阵列以及中心波长为λ₂的第二弱光栅阵列；所述第一脉冲光和第三脉冲光只在所述第一弱光栅阵列的相邻光栅上发生反射并进行叠加干涉；所述第二脉冲光和第四脉冲光只在所述第二弱光栅阵列的相邻光栅上发生反射并进行叠加干涉；所述波分复用器将中心波长为λ₁和λ₂的叠加光分成两路；所述第一光电探测器采集中心波长为λ₁的光信号并转换为电信号，所述第二光电探测器采集中心波长为λ₂的光信号并转换为电信号；所述数据采集卡采集第一光电探测器和第二光电探测器的电信号并数字化；所述数据处理器对数据采集卡采集的两路数字化电信号进行扰动定位和定量测量；

其中，所述数据处理器取每一路电信号中相邻光栅间的拍信号进行解调，解调出振动则代表振动存在于该光栅对之间，观察每路数据中产生扰动的光栅区域，当第一弱光栅阵列解调出扰动的光栅对位置与第二弱光栅阵列解调出扰动的光栅对位置存在交叠时，取此时第一弱光栅阵列中的光栅对与第二弱光栅阵列中的光栅对之间产生交叠的那两个光栅作为扰动产生的区域，将扰动位置缩小到相邻的不同中心波长的光栅内。

2.根据权利要求1所述的基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统，其特征在于，将2×2耦合器替换为光开关或调制器，通过光开关或调制器控制第一窄线宽激光器输出光波和第二窄线宽激光器输出光波的时序，使得中心波长为λ₁和λ₂的光波分别入射系统。

3.根据权利要求1所述的基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统，其特征在于，所述第一弱光栅阵列中的光栅间隔相等，所述第二弱光栅阵列中的光栅间隔相等，第一弱光栅阵列和第二弱光栅阵列中的光栅间隔均为L；所述第一弱光栅阵列中的光栅与相邻的第二弱光栅阵列中的光栅间隔分别为L₁和L₂。

4.根据权利要求3所述的基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统，其特征在于，所述第一弱光栅阵列中的光栅与相邻的第二弱光栅阵列中的光栅间隔均为

5.根据权利要求1所述的基于外差探测的双波长分布式弱光栅阵列传感系统，其特征在于，所述脉冲信号发生器产生第一脉冲电信号和第二脉冲电信号的脉冲宽度均为t₁，脉冲间距为t₁＜t₂；其中，c为光在真空中的传播速度，n为光纤的等效折射率，L为光栅阵列中具有相同中心波长的相邻光栅的间距。