基于非均匀光纤布拉格光栅分布式传感的光谱识别方法

摘要

基于非均匀光纤布拉格光栅分布式传感的光谱识别方法，涉及基于非均匀光纤布拉格光栅分布式传感的光谱识别技术领域。解决了现有光谱识别方法在进行光谱识别时，当光纤布拉格光栅长度与被测物体的尺寸相当，同时被测物体体内存在非均匀的传感参数的作用场时，导致光纤布拉格光栅的反射谱形状发生改变，进而影响光谱识别效率的问题。基于非均匀光纤布拉格光栅分布式传感的光谱识别方法，它包括以下步骤：计算非均匀应变场作用下的光栅折射率分布；建立非均匀外界应变场作用下光栅光谱识别的传输矩阵模型；传输矩阵模型得出非均匀外界应变场作用下直角三角谱光纤布拉格的光谱变化。本发明适用于非均匀光纤布拉格光栅的光谱识别。

主权项

基于非均匀光纤布拉格光栅分布式传感的光谱识别方法，它包括以下步骤：步骤一、计算非均匀应变场作用下的光栅折射率分布；步骤二、建立非均匀外界应变场作用下光栅光谱识别的传输矩阵模型；所述的建立非均匀外界应变场作用下光栅光谱识别的传输矩阵模型，它是由以下步骤实现的：步骤二一、对没有加入外界应变之前光栅的有效周期进行计算；步骤二一、步骤二二、通过步骤二一得到的没有加入外界应变之前光栅的有效周期和外界应变引起的光栅周期变化与外界应变的关系，计算出非均匀力场作用下的相位变化；步骤二三、计算在非均匀外界应变场作用下，光纤中前向传播光场包络的耦合模和后向传播光场包络的耦合模；步骤二四、计算出外界应变作用下，光传输到光栅位置z处的波数失谐量与外界应变之间的关系；步骤二五、计算出微应变下光栅耦合系数与非均匀应变场作用下的交流折射率、非均匀应变场作用下的折射率交流分量的变化量和光栅的相位之间的关系；步骤二六、计算出在外界应变作用下，在坐标位置z处与z+△l_ε(z)处的第d段光场的传输矩阵，△l_ε(z)为非均匀应变场作用下光栅第d段光场长度，即△l_ε(z)＝△l(1+ε(z))，△l为没有非均匀应变场作用时光栅第d段光场长度，△l＝L/N，N为没有外界应变作用之前光栅长度L平均分成的层数，ε(z)为外界应变；步骤二七、通过步骤二六得到在外界应变作用下总的传输矩阵；步骤二八、通过步骤二七得到的在外界应变作用下总的传输矩阵计算出微应变下光栅光谱的反射系数；步骤三、根据步骤二得到的传输矩阵模型得出非均匀外界应变场作用下直角三角谱光纤布拉格的光谱变化；其特征在于，步骤一中所述的计算非均匀应变场作用下的光栅折射率分布由以下公式实现：其中，n_ε(z)为非均匀应变场作用下的光栅折射率分布，n_eff为紫外曝光前光纤纤芯的有效折射率，△n_dc(z)为非均匀应变场作用下光栅的直流折射率，△n_ac(z)为非均匀应变场作用下光栅的交流折射率，△n_ac,ε(z)为非均匀应变场作用下光栅的折射率交流分量的变化量；△n_dc,ε(z)为非均匀应变场作用下光栅的折射率直流分量的变化量；z为非均匀应变场作用前的光栅坐标位置，为非均匀应变场作用下的相位变化，为非均匀应变场作用前光栅的相位，Λ为非均匀应变场作用前光栅周期。