CN105806373A - 远距离fbg检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种远距离FBG检测方法及系统，该方法适用于一FBG检测系统，该系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、耦合器、第二光开关、FBG解调仪、FBG组成，利用功率反馈的高功率宽带光源，以及和光纤光栅反射波长匹配的滤波器等手段，可实现远距离光纤光栅的稳定测量，且结构简单，成本低廉，使用效果好。

Description

远距离FBG检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种远距离光纤光栅(FBG)的检测方法及系统，属于光纤光栅传感器以及光纤通信邻域，其实现远距离FBG的识别。

背景技术

近年来，FBG(光纤光栅)传感器大量使用于各测温、测压、通信等环境，现阶段受FBG解调仪动态范围、杂波消除等技术限制，造成FBG识别技术存在一定的距离限制，常规情况下的识别距离精度一般为20km。

在现有技术中，例如在申请号为CN200410020745.0的专利申请中，其采用宽带光源，成对使用的串联在一起的光纤光栅实现对光纤光栅反射的波长变化的线性关系，来实现探测；又如在申请号为CN200420028699.4的专利申请中，使用至少两个FBG传感器、波长解调器、秘籍波分解复用器及光电探测器等组成多通道光纤光栅传感装置，来实现对传感器的检测。但是，上述这种设置方式，不仅调谐技术成本高，而且系统复杂，且通过上述方法对包含有大量的FBG传感器的光纤光栅的探测经常受到干扰，其探测距离有限，不能很好地应用于复杂的长距离FBG传感器网络中。

又例如在申请号为CN201210390000.8的专利申请中，为了在具有大量FBG传感器的光纤中实现对FBG的感测，通过设置两对SOA高速光电开关和信号发生器的方式，采用时分复用和波分复用相结合的方式，实现对大量FBG传感器的探测，但是，这一设置方式系统结构复杂，且对其容易受环境及光纤自身弯曲、折损等因素的影响，造成检测到的曲线相互叠加严重，从而影响传感器的探测精度，且容易造成误读。

基于上述现有技术中存在的问题，如果能在不增加太大投入的前提下，识别到更远距离的FBG，将有效提高FBG解调仪的利用率和降低成本。

发明内容

本发明的目的是：提供远距离FBG的检测方法及检测系统，它能实现利用FBG解调仪识别到更远距离FBG，系统结构简单，以克服现有技术的不足。

需要指出的是，本发明说明书中记载的公式，其中所涉及到的特定参数的表示形式，并不作为本发明保护范围的限定，所有将上述参数表述形式以及算式的简单替换表示方式或常规推演，均应视为不超出本发明给出的算法思想的范围，均应视为落入本发明的保护范围之内。

本发明提出了一种远距离FBG检测方法，该方法适用于FBG检测系统中，所述系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、第二光开关、耦合器、FBG解调仪、光纤光栅；所述第一光开关、第二光开关分别与耦合器相连，所述光源与第一滤波器相连，第一滤波器与第一光开关相连，所述FBG解调仪与第二滤波器相连，第二滤波器与第二光开关相连，所述光纤光栅设置在光纤中；其特征在于，所述检测方法包括：

利用所述FBG解调仪采集远距离的所述光纤光栅的位置信息；

通过所述第一滤波器、第二滤波器分别对光源发出的光线及接收到的反射光线进行滤波，并结合对第一光开关、第二光开关的参数控制，消除检测信号中的基底信号噪声，第一光开关主要是对光源进行脉冲调制，得到系统需要的脉冲参数，至少包括脉宽，重复频率等；第二光开关主要是对反射的光进行选择性接收，即通过对第二光开关的开/关信号控制，以控制对可接受的反射光线的波长等性质的控制，从而仅检测特定参数的反射光，这样可以对感兴趣的检测区间进行检测，同时消除环境噪声的干扰。

优选地，将FBG解调仪检测到的光功率转化为的电信号反馈给光源，用于光源的闭环反馈控制，以稳定检测到的光功率。

优选地，计算反射光线在输入处可以获得的光功率，该光功率可以通过以下方式计算获得，即通过入射光功率以及反射系数和正向传播损耗、背向散射衰减，计算获得剩余的可以传播至输入处的总反射光功率，具体而言，可以采用以下式(3)的方式计算，为：

$\begin{array}{c}{P}_g(z,{\mathrm{\λ}}_g)=r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\\ =r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\end{array}---\left(3\right)$

其中，z为光纤光栅所在的位置，P_g(z,λ_g)为光纤光栅的反射信号，P_s(z,λ_s)为光纤中的后向散射信号，P_i(λ)为入射光的光功率分布，这个功率是波长λ的函数，a(x,λ_g)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λ_g)是反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，这三个参量都是和波长以及空间位置有关的参量，具体数值可以查阅相关文献。λ_g是光纤光栅的中心反射波长，这个是和系统参数有关的量。

优选地，在整个系统的电路信号，至少包含了FBG解调仪中光电探测器产生的信号、整体系统的信号，以及真格系统的电路噪声信号，具体可以讲整个所述系统的电路信号S表述为：

S＝K(λ_s)P_s(λ_s)+K(λ_g)P_s(λ_g)+N_n(4)

其中，K(λ)为FBG解调仪光电探测器的转换系数，N_n为整体电路噪声，λ为光波长，K(λ_g)P_s(λ_g)为系统的信号，而K(λ_s)P_s(λ_s)以及N_n均属于系统噪声。

优选地，依据式(3)、(4)，可以获得所述系统的信噪比为：

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+N_n}$

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]+N_n}---\left(5\right)$

$SNR\≈\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+\frac{N_n}{\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]}}$

其中，z为光纤光栅所在的位置，P_g(z,λ_g)为光纤光栅的反射信号，P_s(z,λ_s)为光纤中的后向散射信号，P_i(λ)为入射光的光功率分布，这个功率是波长λ的函数，a(x,λ_g)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λ_g)是反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，这三个参量都是和波长以及空间位置有关的参量，具体数值可以查阅相关文献。λ_g是光纤光栅的中心反射波长，这个是和系统参数有关的量。K(λ)为FBG解调仪光电探测器转换系数，N_n为整体电路噪声，K(λ_g)P_s(λ_g)为系统的信号，而K(λ_s)P_s(λ_s)以及N_n均属于系统噪声。

在输入端接收到的光能量除了光纤光栅的反射能量，还有后向散射功率。为了更加准确的计算光纤光栅反射的功率，应该将后向散射功率从接收到的总功率中减去。后向散射功率的计算公式如下：

$P_s\left(\mathrm{\λ}\right)=k\left(\mathrm{\λ}\right)\underset{0}{\overset{L}{\∫}}{P}_i\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-2az}dz$

$L=\frac{1}{2}{v}_{g}t---\left(6\right)$

式(6)中，k(λ)为光缆中的散射系数，和波长λ有关，a为光缆的纤芯半径，P_i(λ)为输入光功率谱，v_g为光缆中光传播的群速度。

优选地，依据式(3)，增强光源产生的入射光功率，以提高所述光纤光栅的反射光在输入处得到的光功率，提高光纤光栅的检测效果。

优选地，依据公式(6)获得光纤中传播的分布式后向散射光的光功率，将接收到的总的光功率减去所述分布式后向散射光的光功率，获得光纤光栅反射的光功率。

优选地，依据式(5)，对采集到的光纤光栅的后向反射光进行滤波，改变输入光源的光谱分布P_i(λ)，使得其功率分布在光纤光栅的中心波长处为局部极大值。

优选地，依据式(5)，选择适当的探测器，使得在光纤光栅处的光谱响应远大于其他波长光谱响应。

此外，本发明还提供了一种远距离FBG检测系统，该系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、第二光开关、耦合器、FBG解调仪、光纤光栅；其特征在于：

所述第一光开关、第二光开关分别与耦合器相连，所述光源与第一滤波器相连，第一滤波器与第一光开关相连，所述FBG解调仪与第二滤波器相连，第二滤波器与第二光开关相连，所述光纤光栅设置在光纤中；

所述第一光开关对光源进行脉冲调制，得到所述系统需要的脉冲参数；所述第二光开关对反射光进行选择性接收，以仅对感兴趣的检测区间进行检测。

优选地，所述第一滤波器、第二滤波器可以在不需要高精度检测时，取消其设置，即不设置第一滤波器和第二滤波器；也可以在来自光源的出射光被第一光开关调制后，经第一滤波器再次滤除多余噪声后，直接由FBG解调仪接收，通过噪声滤除算法减少噪声干扰，从而不在系统中设置第二滤波器；也可以当第一光开关能够对光源的光进行良好的调制时，即调制后的光可以很好地满足检测光纤的要求，而不包含多余噪声干扰，则可以取消第一滤波器，而仅设置第二滤波器，滤除部分背景噪声。

优选地，所述第一滤波器、第二滤波器的具体滤波范围可以依据检测光纤的波长等参数，进行调整。

优选地，所述光纤光栅可以是光刻在光纤纤芯中的，也可以通过外接设备接入到光缆中，只要能够满足在检测时能够检测到该光纤光栅即可；并且，该光纤光栅可以设置单个，也可以设置多个，其中心波长可以根据需要进行设定，可以相同，也可以不同或部分相同。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、可以结合本发明的系统结构方案，从多个方面有效降低系统噪声，提高FBG反射光检测的准确率；

2、不增加大量的额外设备，有效控制成本；

3、能很好地检测远距离的光纤光栅，有效提高了常规设备对光纤光栅的检测距离，提高了设备的利用率，降低了整个系统的设备数量，有效控制系统成本。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为远距离FBG反射波形图示意图。

其中，图1中：1-宽带光源、2-第一滤波器、3-第一光开关、4-耦合器、5-光缆、6-FBG、7-第二光开关、8-第二滤波器、9-FBG解调仪；

图2中：1-光纤光栅反射谱、2-杂散光反射谱

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

另外需要指出的是，本发明所提出的对于提高远距离FBG检测效果的各个可实施方式或方法，是可以进行任意结合或组合使用的，例如可以将其中任意两种或更多种调整方式结合起来使用，以提高检测效果和系统精度，也可以仅采用其中的单个方式，上述这些组合或者拆分，均应视为落入本发明的保护范围之内。

以下通过各个具体的实施例，对本发明的可供优选的实施方式进行详细阐述。以下在各具体实施例中所涉及到的各具体参数数值，仅作为例举而用，以方便对本发明实施方式的解释说明，并不作为本发明保护范围的限定。

在本发明的一具体实施方式中，如图1所示，本发明提供的远距离FBG的检测方法，可适用于以下结构的FBG检测系统中，系统包括至少一个宽带光源(1)，中心波长为1600nm，3dB带宽为10nm；第一滤波器(2)，中心波长为1595nm，3dB带宽为1nm；第一光开关(即图中的第一光开关)，中心波长为1595nm，3dB带宽为1.5nm；3dB耦合器(4)，通光的中心波长为1595nm，通光效率为95％；光缆(5)，对于1600nm左右光纤的传输损耗为0.25dB/km；光纤光栅(6)，中心波长为1595nm，3dB带宽为0.2nm；第二光开关(即图中的光开关2)，中心波长为1595nm，3dB带宽为1.5nm；第二滤波器(8)，中心波长为1595nm，3dB带宽为0.8nm；FBG解调仪(9)，可检测的中心波长为1595nm，检测带宽为20nm，同时解调仪的电信号的输出反馈到驱动宽带光源的电路板处，用以进行功率反馈。

图2是远距离FBG反射波形图示意图，图中实线是接收到的光纤光栅的反射信号，虚线是接收到的其他杂散光以及本地噪声的信号。在通常情况下，检测端所检测到的FBG反射波形图中，光纤光栅的反射信号往往会淹没在其他杂散光以及噪声信号中，距离检测段越远，这种淹没程度越严重，而现有技术中所采用的方法，通常都是通过增加额外的高精度检测设备，配合复杂的算法或者多种算法的融合，在噪声信号中寻找光纤光栅的反射信号，这不仅对系统运算造成了负担，也大大增加了系统成本，且效果不好。

结合本发明图1中所给出的一实施例的系统结构，以下以一具体的优选实施方式，进一步阐述本发明的FBG检测方法。

在例如上述例举的系统中，光的传播规律和光时域反射仪的类似。光时域反射仪(OpticalTime-DomainReflectometer，OTDR)是根据背向散射原理，通过测试光纤中的散射信号来确定指定点的信号损耗从而显示整个光纤的损耗相对于距离变化的测量机理。假如设入射光的光功率分布为P_i(λ)，这个功率是波长λ的函数。a_i(λ)为正向传播单位长度的损耗系数，则待测z处的光功率P_i(z,λ)为：

$P_i(z,\mathrm{\λ})=P_i\left(\mathrm{\λ}\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,\mathrm{\λ})dx\]---\left(1\right)$

在接收端接收到的信号分为两个部分，一部分是光纤光栅的反射信号P_g(z,λ_g)，一部分是光纤中的后向散射信号P_s(z,λ_s)。

对于散射信号P_s(z,λ_s)在z处散射，设反射系数为r(z,λ_s)，背向散射光单位长度衰减系数为d(x,λ_s)，则输入端接收到的散射光功率为：

$\begin{array}{c}{P}_s(z,{\mathrm{\λ}}_s)=r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\\ =r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\end{array}---\left(2\right)$

同理可得在z处由FBG反射、在输入处得到的光功率为：

$\begin{array}{c}{P}_g(z,{\mathrm{\λ}}_g)=r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\\ =r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\end{array}---\left(3\right)$

从这两部分光信号的表达式可以得出整个系统电路的信号S为：

S＝K(λ_s)P_s(λ_s)+K(λ_g)P_s(λ_g)+N_n(4)

式(4)中K(λ)为光电探测器的转换系数，N_n为电路噪声。对于本系统来说，K(λ_g)P_s(λ_g)是系统的信号，而K(λ_s)P_s(λ_s)以及N_n都是系统的噪声，需要进行抑制。

从式(4)可以得出系统的信噪比公式可以用式(5)中的不同形式表示，具体为：

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+N_n}$

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]+N_n}---\left(5\right)$

$SNR\≈\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+\frac{N_n}{\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]}}$

由上述公式(5)可知，系统的信噪比主要受几方面因素影响：

1.受光纤光栅位置Z影响，光纤光栅所在位置距离越远，则系统的信噪比越低。

2.受P_i(λ_s)以及P_i(λ_g)的影响，也就是受光源光功率谱的影响。

3.受N_n的影响，也就是受到电路噪声的影响。

4.受K(λ_s)以及K(λ_g)的影响，也就是受到光信号的光电转换效率的影响。

基于上述分析，本发明的一具体实施方式中，该系统可进行如下设置，系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、耦合器、第二光开关、FBG解调仪、FBG(光纤光栅)。

在一具体的实施方式中，从(3)可知，距离越长处光纤光栅反射的信号在入射端接收到的电信号更微弱。当光纤光栅的反射信号和光路中的散射信号以及电信号相当时就探测不到了。因此为了获得更高的信号强度，需要提高光源发光功率P_i(λ)以增强FBG解调仪的动态范围以获取到更远距离微弱的FBG波长反射。

在一具体的实施方式中，从(5)式可知，可通过对输入光源进行特殊的滤波处理，改变输入光源的光谱分布P_i(λ)，使得其功率分布在光纤光栅的中心波长处为局部极大值，在非工作波长处很小，则可以提高系统的信噪比，在一具体的实施例中，可在系统中设置两个滤波器，第一滤波器和第二滤波器。第一滤波器的作用主要是对光源进行滤波，使其光谱分布尽量接近光纤光栅的反射谱。第二滤波器的作用主要是为了滤除光在光缆中传播所产生的杂散光。

在一具体的实施方式中，前述，从(5)式可知，可通过选择合适的探测器，使得在光纤光栅处的光谱响应远大于其他波长光谱响应的方法提高系统的信噪比，例如光纤光栅的中心波长选用1590nm的波长，则探测器的响应光谱的中心值应该尽量靠近1590nm，同时其响应光谱带宽应该尽量小从而减小光谱噪声。

在一具体的实施方式中，系统设置了两个光开关，分别是第一光开关以及第二光开关。第一光开关主要是对光源进行脉冲调制，得到系统需要的脉冲参数，包括脉宽，重复频率等；第二光开关主要是对反射的光进行选择性接收，这样可以对感兴趣的检测区间进行检测，同时消除环境噪声的干扰。

在一具体的实施方式中，从(4)式可知，在光纤光栅解调仪接收端接收到的光信号的功率随着检测的光纤光栅的距离变长而减小，因此可以通过将光纤光栅解调仪检测到的光功率转化为的电信号反馈给光源，进行闭环控制，则可以稳定检测到的光功率，使得输出的光功率不随着光纤光栅位置的变化而变化。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种远距离FBG检测方法，适用于远距离FBG检测系统中，所述系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、第二光开关、耦合器、FBG解调仪、光纤光栅；所述第一光开关、第二光开关分别与耦合器相连，所述光源与第一滤波器相连，第一滤波器与第一光开关相连，所述FBG解调仪与第二滤波器相连，第二滤波器与第二光开关相连，所述光纤光栅设置在光纤中；其特征在于，所述检测方法包括：

利用所述FBG解调仪采集远距离的光纤光栅的位置信息；

通过所述第一滤波器、第二滤波器分别对光源发出的光线及接收到的反射光线进行滤波，并结合对第一光开关、第二光开关的参数控制，消除检测信号中的基底信号噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将FBG解调仪检测到的光功率转化为的电信号反馈给光源，用于光源的闭环反馈控制，以稳定检测到的光功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反射光线在输入处得到的光功率，是指通过入射光功率以及反射系数和正向传播损耗、背向散射衰减，计算获得剩余的可以传播至输入处的总反射光功率；

具体计算公式如下：

$\begin{array}{c}{P}_g(z,{\mathrm{\λ}}_g)=r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\\ =r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\end{array}---\left(3\right)$

其中，z为光纤光栅所在的位置，P_g(z,λ_g)为光纤光栅的反射信号，P_s(z,λ_s)为光纤中的后向散射信号，P_i(λ)为入射光的光功率分布，这个功率是波长λ的函数，a(x,λ_g)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λ_g)为反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，λ_g是光纤光栅的中心反射波长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：整个所述系统的电路信号S的计算公式如下：

S＝K(λ_s)P_s(λ_s)+K(λ_g)P_s(λ_g)+N_n(4)

其中，K(λ)为FBG解调仪中光电探测器的转换系数，N_n为整个系统电路的噪声，λ为光波长，K(λ_g)P_s(λ_g)为系统的信号，而K(λ_s)P_s(λ_s)以及N_n均属于系统噪声。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述系统的信噪比为：

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)P_s\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+N_n}$

$SNR=\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_s)dx\]}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]+N_n}---\left(5\right)$

$SNR\≈\frac{K\left({\mathrm{\λ}}_s\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_s)P_i\left({\mathrm{\λ}}_s\right)}{K\left({\mathrm{\λ}}_g\right)r(z,{\mathrm{\λ}}_g)P_i\left({\mathrm{\λ}}_g\right)+\frac{N_n}{\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}{a}_i(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]\exp \[-\underset{0}{\overset{z}{\∫}}d(x,{\mathrm{\λ}}_g)dx\]}}$

其中，z为光纤光栅所在的位置，P_g(z,λ_g)为光纤光栅的反射信号，P_s(z,λ_s)为光纤中的后向散射信号，P_i(λ)为入射光的光功率分布，这个功率是波长λ的函数，a(x,λ_g)为正向传播单位长度的损耗系数，r(z,λ_g)是反射系数，d(x,λ)是背向散射光单位长度衰减系数，λ_g是光纤光栅的中心反射波长，K(λ)为FBG解调仪中光电探测器的转换系数，N_n为整个系统电路的噪声，K(λ_g)P_s(λ_g)为系统的信号，而K(λ_s)P_s(λ_s)以及N_n均属于系统噪声。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：依据式(3)，增强光源产生的入射光功率，以提高所述光纤光栅的反射光在输入处得到的光功率，提高光纤光栅的检测效果。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算获得光纤中传播的分布式后向散射光的光功率，将接收到的总的光功率减去所述分布式后向散射光的光功率，获得光纤光栅反射的光功率。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：依据式(5)，对采集到的光纤光栅的后向反射光进行滤波，改变输入光源的光谱分布P_i(λ)，使得其功率分布在光纤光栅的中心波长处为局部极大值。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：依据式(5)，选择适当的探测器，使得在光纤光栅处的光谱响应远大于其他波长光谱响应。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一光开关对光源进行脉冲调制，得到所述系统需要的脉冲参数；所述第二光开关对反射光进行选择性接收，以仅对感兴趣的检测区间进行检测；

所述参数至少包括脉宽、重复频率。

11.一种远距离FBG检测系统，所述系统包括光源、第一滤波器、第二滤波器、第一光开关、第二光开关、耦合器、FBG解调仪、光纤光栅；其特征在于：

所述第一光开关、第二光开关分别与耦合器相连，所述光源与第一滤波器相连，第一滤波器与第一光开关相连，所述FBG解调仪与第二滤波器相连，第二滤波器与第二光开关相连，所述光纤光栅设置在光纤中；

所述第一光开关对光源进行脉冲调制，得到所述系统需要的脉冲参数；所述第二光开关对反射光进行选择性接收，以仅对感兴趣的检测区间进行检测。