CN112082581B - 基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 - Google Patents
基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112082581B CN112082581B CN202010505081.6A CN202010505081A CN112082581B CN 112082581 B CN112082581 B CN 112082581B CN 202010505081 A CN202010505081 A CN 202010505081A CN 112082581 B CN112082581 B CN 112082581B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- light intensity
- laser
- intensity detection
- direct light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 232
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 201
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 219
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 133
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 84
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 68
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 45
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 24
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 23
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 11
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012952 Resampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N Hydrocyanic acid Natural products N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 102100033118 Phosphatidate cytidylyltransferase 1 Human genes 0.000 description 6
- 101710178747 Phosphatidate cytidylyltransferase 1 Proteins 0.000 description 6
- 101000980996 Arabidopsis thaliana Phosphatidate cytidylyltransferase 3 Proteins 0.000 description 4
- 101000623713 Homo sapiens Motile sperm domain-containing protein 3 Proteins 0.000 description 4
- 102100023091 Motile sperm domain-containing protein 3 Human genes 0.000 description 4
- 102100033126 Phosphatidate cytidylyltransferase 2 Human genes 0.000 description 4
- 101710178746 Phosphatidate cytidylyltransferase 2 Proteins 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 101150080315 SCS2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100072644 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) INO2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100454372 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) LCB2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100489624 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) RTS1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100256290 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SCS3 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100256289 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) fit1 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 101100206208 Camellia sinensis TCS2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101000655352 Homo sapiens Telomerase reverse transcriptase Proteins 0.000 description 1
- 102100032938 Telomerase reverse transcriptase Human genes 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000002168 optical frequency-domain reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000007430 reference method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
本申请公开了基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法，本发明将分布式反馈阵列激光器应用于基于直接强度探测的准分布式物理量测量装置中，通过对分布式反馈阵列激光器各个激光二极管在不同温度下施加电流调制实现了各个波段的波长调谐，同时利用激光器绝对波长监测单元提供的绝对波长信息作为依据确定各个段激光输出拼接位置进而实现整个波段大范围无跳模连续的激光输出，提高了准分布式测量方法和装置的空间分辨力和测量量程。本申请还公开了对应该方法的装置及系统。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种高精度准分布式物理量测量方法、装置及系统。
背景技术
光纤光栅阵列是在一根光纤上逐个位置刻写光纤光栅的光纤传感器，各个光纤光栅通常具有较强的反射率，且中心波长各不相同。由于传感器上的光纤光栅分布于空间离散位置上，故具有该形式的光纤光栅阵列是准分布式光纤传感器。传感器在使用时一般位于被测对象处，可以感测被测对象不同位置的温度或者应变等物理量。物理量的变化会导致光栅的中心波长发生偏移。用于传感的光纤光栅阵列解调方法有很多种，包括FP滤波器法，可调谐光源法，宽带光源波分复用法等([1]王庆华，基于FBG传感信号解调技术的研究，2006，燕山大学.[2]代勇波，光纤光栅传感特性与多点复用技术研究，2012，哈尔滨工业大学)。各种方法的目的都是在得到光纤光栅阵列上不同位置光栅的中心波长的偏移量，进而获取被测物理量信息。
基于直接强度探测的光纤光栅阵列物理量测量方法与装置中使用窄线宽可调谐激光器作为系统光源，要求被测光纤光栅阵列上各个光栅的中心波长具有一定间隔且保证相邻中心波长的光栅在发生外界物理量变化作用后中心波长不重合，也就是每个光栅都具有各自独立的带宽。可调谐光源总的调谐带宽(调谐范围)决定了单根光纤传感器上可复用的光纤光栅的最大数量以及每一个光栅所占用的带宽。每一个光栅所占用的带宽和被测物理量量程直接相关。以上特征和宽带光源波分复用与解调方法很像，但是由于是通过逐点获取在特定光波长下光栅的光谱，因此基于直接强度探测的光纤光栅阵列物理量测量方法的测量精度和光谱分辨力更高。对于该解调装置和方法中，为了进一步提高复用数量以及测量量程和分辨力，需要可调谐光源具有更宽的调谐范围以及测量系统具有更高的光谱分辨力。现有基于直接强度探测的光纤光栅阵列物理量测量装置与方法采用的可调谐光源如DBR激光器，对于该采用该激光器的光纤光栅阵列解调装置，一般是步进式扫描，如每步进1pm触发一次采集，通过在全波段的步进扫描与采集，恢复出整个波段的光纤光栅阵列光谱信息([1]崔巍，苏建加，姜培培，吴波，沈永行.基于可调谐半导体激光器的高分辨率多路复用光纤光栅波长解调系统[J].光子学报，2016，45(07):65-7[2]楚奇梁.基于可调谐激光器的光纤光栅波长解调系统误差分析与仪器化研究[D].天津大学，2018.)。但是该方法调谐范围有限(DBR激光器调谐范围在30nm左右)且因为是步进式扫描，所以光谱的原始采样点也为步进量1pm，限制了原始光谱分辨力也就限制了被测物理量的分辨力。
分布式反馈阵列激光器(DFB阵列激光器)近年来应用于光通信领域，在光传输网和光互联等以及其他波分复用系统中得到重要应用(参考文献：[1]马丽，朱洪亮，梁松，王宝军，张灿，赵玲娟，边静，陈明华.DFB激光器阵列与MMI耦合器、SOA的单片集成.光电子.激光，2013，24(03):424-428.[2]Kobayashi，Go，et al.Narrow linewidth tunable lightsource integrated with distributed reflector laser array.Optical FiberCommunication Conference.Optical Society of America，2014.[3]Ni Y，Kong X，Gu X，et al.Packaging and testing of multi-wavelength DFB laser array using RECtechnology.Optics Communications，2014，312:123-126.)。相较于传统的分布式反馈激光器，分布式反馈阵列激光器在结构上一般由在波长上具有一定间隔的多个激光二极管与一个多模干涉耦合器(MMI)以及半导体光放大器(SOA)构成。在调制方式上通常采用热调谐实现不同二极管的波长调谐，以此覆盖整个通信C波段。电流调谐只能调制很小的波长范围，不足以达到相邻激光二极管之间固有波长间隔。因此在分布式反馈阵列激光器中，相邻激光二极管之间仅通过电流调谐不能够实现扫频范围的无间隔拼接和覆盖。
本发明将分布式反馈阵列激光器应用于基于直接强度探测的准分布式传感系统中，研究一种基于分布式反馈阵列激光器的准分布式物理量测量方法及装置。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，该方法包括以下步骤：对分布式反馈阵列激光器中选定的激光二极管进行工作温度调谐及驱动电流调谐以提供调谐激光输出，其中所述调谐激光输出包括响应每个所述选定的激光二极管的激光输出波段，其中波长相邻的所述激光输出波段有重叠区域；提供包含响应所述调谐激光输出的且包含所述调谐激光输出的绝对波长信息的绝对波长监测信号；提供包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的响应光的光强的直接光强探测信号；在包括所述物理量变化的测量态下，以固定的时钟同步地采集所述绝对波长监测信号；以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号，以及测量态直接光强探测信号；根据所述测量态绝对波长监测信号中包含的绝对波长信息获得每个所述波段与其它所述波段的光谱的重叠位置，并依据所述位置确定所述测量态直接光强探测信号的拼接位置，其中，所述拼接位置均是所述激光二极管序号、所述温度以及所述调谐电流的函数；基于所述测量态直接光强探测信号的信号拼接位置对各个波段的测量态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后测量态直接光强探测信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
本申请的另一些实施例提供了一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量装置，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，其包括：分布式反馈阵列激光器，用于为装置提供单片上集成多个具有不同波长的激光二极管并可通过电流或温度进行波长调谐；电流驱动单元，用于为分布式反馈阵列激光器提供驱动电流信号，进而对分布式反馈阵列激光器进行波长调谐；温度控制单元，用于为分布式反馈阵列激光器中的分布式反馈阵列激光器提供恒定的温度控制信号；直接强度探测单元，用于提供所述激光器的所述调谐输出的直接强度探测信号，其包括光纤光栅阵列传感器，用于将光导入到所述光纤光栅阵列传感器的光纤耦合器或者环形器，以及耦合于所述光纤光栅阵列传感器的光电探测器；绝对波长监测单元，用于测量所述激光器的调谐输出的波长值；采集单元，用于在包括所述物理量变化的测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号；控制单元，用于上述光源调谐电流驱动单元、温度控制单元、采集单元的时序控制；以及数据处理单元，配置为确定各路信号的拼接位置；对所述测量态直接光强探测单元信号进行拼接得到拼接后测量态直接光强探测单元信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
本申请的一些实施例还提供了基于上述装置和/或方法的系统。
本发明的有益效果：本发明将分布式反馈阵列激光器应用于基于直接强度探测的准分布式物理量测量装置中，通过对分布式反馈阵列激光器各个激光二极管在不同温度下施加电流调制实现了各个波段的波长调谐，同时利用激光器绝对波长监测单元提供的绝对波长信息作为依据确定各个段激光输出拼接位置进而实现整个波段大范围无跳模连续的激光输出，提高了准分布式测量方法和装置的空间分辨力和测量量程。相较于传统的基于外腔式激光器的准分布式传感装置和方法而言，本发明的方法和装置具有成本低，测量精度高的优点。
附图说明
图1为依据本申请得实施例的一种分布式反馈阵列激光器结构示意图；
图1中61为多模干涉耦合器，62为热电冷却器，63为热敏电阻，2为分布式反馈阵列激光器，65为具有间隔一定波长的若干个激光二极管。
图2为依据本申请得实施例的不存在光电锁相环的准分布式物理量测量装置；
图2中：28为第一激光二极管引脚，29为第二激光器二极管引脚，30为第三激光二极管引脚，24为电流驱动单元，26为第一温度控制单元，25为电学通道切换单元，26为温度控制单元，27为温度控制引脚，3为第一光纤耦合器，4为光纤光栅阵列传感器，12为第三光纤耦合器，23为延时光纤，20为绝对波长监测单元，21相对波长监测单元，22为直接光强探测单元，19为采集单元，18为第一光电探测器，15为第二光电探测器，7为第三光电探测器，31为存储单元，32为数据处理单元，13为第一法拉第旋转镜，14为第二法拉第旋转镜，40为闭环功率控制单元，5为光纤环形器，1为控制单元。
图3为依据本申请得实施例的光纤光栅阵列示意图；
图3中，81为第一光纤光栅，82为第二光纤光栅，83为第三光纤光栅，84为第四光纤光栅，85为第五光纤光栅。
图4为依据本申请得实施例的光纤光栅阵列光谱；
图5为依据本申请得实施例的半导体光放大器及其闭环光功率控制示意图；
图5中，91为半导体光放大器，92为第十耦合器，93为第四光电探测器，94为比较器。95为滤波器，96为运算放大器，97为电流驱动器。
图6为依据本申请得实施例的氰化氢气室吸收谱；
图7为依据本申请得实施例的拼接点确定示意图；
图7中，70为MC11信号拼接位置对应的采样点位置，71为MC12信号拼接位置对应的采样点位置，72为MC11信号，73为MC12信号，74为MA11信号，75为MA12信号，77为MC1112信号。
图8为依据本申请得实施例的氰化氢气室吸收峰所对应绝对波长值；
图9依据本申请得实施例的存在光电锁相环的分布式物理量测量装置。
图9中，101为基准源，102为乘法鉴相器，103为环路滤波器，104为积分器，105为加法器。
具体实施方式
本专利所提出的基于分布式反馈阵列激光器的分布式物理量测量方法及装置将以分布式反馈阵列激光器作为系统光源。在本发明中将采用各个温度梯度下通过施加驱动电流调谐来控制反馈阵列激光器上各个激光二极管的输出波长的调谐，并对各个激光器输出激光在波长上进行复用和拼接，相当于扩大了分布式物理量测量装置光源的扫频或波长调谐范围。同时由于驱动电流的大小同时影响激光器输出的光功率，因为为了获得稳定功率的激光输出，在激光器后面增加以半导体光放大器为核心的闭环功率控制单元。此外，利用绝对波长监测单元提供的绝对波长信息作为依据来确定相邻波长激光器调谐过程的拼接位置，使得各个分布式反馈阵列激光器的波长可以实现无间隔覆盖。在获取了全波段的激光输出后，将该激光注入到分布式物理量测量系统中，通过考察参考态和测量态的相对光谱移动进而实现传感光纤高速高分辨力的分布式物理量测量。下面将就本发明的具体细节进行阐述。
图1为一种典型分布式反馈阵列激光器结构示意图。通常情况下，分布式反馈阵列激光器由一块集成多个具有不同波长的激光二极管65和一个用于合束的多模干涉耦合器61构成，同时，分布式反馈阵列激光器2上具有可以用电流控制的用于加热或者制冷的热电冷却器62以及阻值随温度变化而变化的热敏电阻63。以日本FITEL公司的D66型号分布式反馈阵列激光器来说，单片上集成了12个波长间隔为3.5nm的激光二极管(https://www.furukawa.co.jp/fitel/english/active/pdf/signal/ODC-7AH001H_FRL15TCWx-D66-xxxxx-D.pdf)。分布式反馈阵列激光器中激光二极管的驱动电流和温度的变化均会导致波长变化，因此外加驱动电流和温度变化均可以对波长进行调谐。在其应用中通常利用施加连续变化的温度来对每个二极管进行调谐以扫过3.5nm的波长范围。而该激光器电流调谐灵敏度很低，在其安全电流范围内仅能调谐1nm左右。因此仅对各个激光二极管的电流调谐难以完成所有波长的覆盖。不失一般性，下面以该分布式反馈阵列激光器及其参数作为一种高精度准分布式物理量测量装置的光源来说明如何实现传感。在实现大范围波长连续调谐的过程中，不一定要将分布式反馈阵列激光器上所有的激光二极管全部使用，而只用其中的一部分也可以获得一定范围的波长调谐范围。
在后面介绍测量装置时选用的分布式反馈阵列激光器参数为：
(1)分布式反馈阵列激光器选择第一到第三激光二极管作为参与调谐的激光二极管。分布式反馈阵列激光器波长相邻激光二极管间隔为3.5nm。在10摄氏度，驱动电流为50mA下第一激光二极管，第二激光二极管，第三激光二极管输出波长分别为1530，1533.5，1537nm。
(2)电流调谐系数为0.01nm/mA，电流调谐为锯齿波，起始驱动电流为阈值电流50mA，终止驱动电流为300mA，因此电流调谐范围为2.5nm。
(3)温度调谐系数为0.1nm/摄氏度，温度梯度为10度，30度；
图2显示了一种准分布式物理量测量装置，其中分布式反馈阵列激光器2上集成了多个具有不同波长的激光二极管，他们具有共用的阴极，而阳极是分开的，因此可以通过将驱动信号加在不同的阳极上来对各个激光二极管进行调谐。这些不同激光二极管的阳极端子在图2中分别为表示为第一激光二极管引脚28，第二激光二极管引脚29，以及第三激光二极管引脚30。分布式反馈阵列激光器2上的热电冷却器62的引脚为温度控制引脚27，对该引脚施加控制信号可以改变经过热电冷却器62的电流，这一控制信号也是电流的形式，进而改变分布式反馈阵列激光器2的温度。图2中温度控制单元26用于为热电冷却器62提供电流信号，作用结果表现为分布式反馈阵列激光器2中的具有间隔一定波长的若干个激光二极管65施加了不同温度。电学通道切换单元25用于切换分布式反馈阵列激光器2内具有间隔一定波长的若干个激光二极管65，电学通道切换单元25可以是数字芯片电学开关，可以将输入信号连接到开关接通的端子上。
采集单元19采集激光器绝对波长监测单元输出的信号或者其输出的波长读数；采集单元19包括通过USB或者其他协议采集的激光器绝对波长监测单元输出的波长读数，也可以为集成光电探测单元的可以对激光器绝对波长监测单元输出的光信号进行光电转换并采集的单元。
数据处理单元31集后存储的数据进行处理，包括对采集的数据进行运算，包括依据所述绝对波长监测单元提供的所述调谐输出的绝对波长信息作为依据确定各路信号的拼接位置；以及对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；以及对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元输出的信号进行非线性校正；以及对分布式物理量进行解算；数据处理单元31为计算机的CPU或者FPGA或者DSP等可以执行运算的单元。
存储单元32存储采集后的绝对波长监测单元信号，直接光强探测单元信号，绝对波长监测单元信号，存储数据处理单元31数据处理后得到的激光输出光信号的拼接位置，拼接后绝对波长监测单元信号，拼接后直接光强探测单元信号，最终绝对波长监测单元信号，最终直接光强探测单元信号。存储单元32为计算机的硬盘，内存或嵌入式设备的DRAM等。
控制单元1于上述电流驱动单元、温度控制单元、采集单元的时序控制。控制单元1可以为计算机CPU或者嵌入式FPGA，ARM等。
如图3为光纤光栅阵列传感器示意图，由光纤上不同位置上刻写的若干具有一定反射率的光纤光栅组成，各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠；如图2的光纤传感器4具有五个反射率均为20％的光纤光栅，自左向右光栅中心波长递增，且相邻光栅中心波长间距为2nm，空间间距为1米。第一光纤光栅81中心波长为1532nm，第二光纤光栅82心波长为1534nm，第三光纤光栅83中心波长为1536nm，第四光纤光栅84中心波长为1538nm，第五光纤光栅85中心波长为1540nm。这些是在刻写光纤光栅阵列(取决于刻写参数，且受环境温度应力等影响)就确定了的。当光纤光栅这列传感器4与被测结构相连时，不同位置的光纤光栅会感知被测结构的物理量，如温度或者应变，而发生中心波长的移动。如图3为光纤光栅阵列光谱，可见横轴为波长或者光频，空间位置不同的光栅也分别处于不同的波长上，每个光栅的光谱为一个类似抛物线的峰，该位置对应名义中心波长或者参考中心波长，也就是已知参考应变或温度下的中心波长，以后若光栅发生了物理量变化的作用，则其中心波长将发生偏移，解算该偏移量就可以得到物理量如温度或应变的变化量，如果原始参考中心波长已知，则物理量的绝对量也将可以求解。
为了实现无间隙调谐与光谱的覆盖，每个激光二极管在该所述离散温度值中的一个温度值下的电流调谐中的第一波长小于该激光二极管在该温度梯度下相邻且较低温度的电流调谐中的第二波长以使同一激光二极管的相邻温度的输出激光在光谱上部分重叠；且每个激光二极管在终止温度下的电流调谐得到的第二波长大于与其相邻的且波长更大的激光二极管在起始温度下的电流调谐得到的第一波长，以使得终止温度下的相邻激光二极管中低波长管通过电流调谐所覆盖的光信号的光谱与初始温度下的相邻激光二极管高波长管通过电流调谐所输出的光信号的光谱部分重叠。
如图2，控制单元1对温度控制单元26施加第一温度控制信号TCS1，温度控制单元26与反馈阵列激光器2的温度控制引脚27相连，将分布式反馈阵列激光器2控制到10度。控制单元1对电学通道切换单元25施加第一开关控制信号SCS1使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第一激光二极管引脚28接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第一电流驱动信号CDS1，第一电流驱动信号CDS1从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第一电流驱动信号CDS1下，分布式反馈阵列激光器2中的第一激光二极管进行波长调谐，第一激光二极管从1530nm调谐至1532.5nm。与此同时，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA11，相对波长监测单元21输出的信号MB11，直接光强探测单元22输出的信号MC11，数据存入存储单元31。接下来，类似地，控制单元1对电学通道切换单元25施加第二开关控制信号SCS2使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第二激光二极管引脚29接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第二电流驱动信号CDS2，从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第二电流驱动信号CDS2下，分布式反馈阵列激光器2中的第二激光二极管进行波长调谐，第二激光二极管从1533.5nm调谐至1536nm。与此同时，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA21，相对波长监测单元21输出的信号MB21，直接光强探测单元22输出的信号MC21，数据存入存储单元31。接下来，控制单元1对电学通道切换单元25施加第三开关控制信号SCS3使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第三激光二极管引脚30接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第三电流驱动信号CDS3，从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第三电流驱动信号CDS3下，驱动分布式反馈阵列激光器2中的第三激光二极管进行波长调谐，第三激光二极管从1537nm调谐至1539.5nm。与此同时，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA31，相对波长监测单元21输出的信号MB31，直接光强探测单元22输出的信号MC31，数据存入存储单元31。
控制单元1对温度控制单元26施加第二温度控制信号TCS2，温度控制单元26与反馈阵列激光器2的温度控制引脚27相连，将分布式反馈阵列激光器2控制到30度。控制单元1对电学通道切换单元25施加第一开关控制信号SCS1使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第一激光二极管引脚28接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第一电流驱动信号CDS1，第一电流驱动信号CDS1从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第一电流驱动信号CDS1下，驱动分布式反馈阵列激光器2中的第一激光二极管进行波长调谐，第一激光二极管从1532nm调谐至1534.5nm。调谐过程中，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA12，相对波长监测单元21输出的信号MB12，直接光强探测单元22输出的信号MC12，数据存入存储单元31。接下来，类似地，控制单元1对电学通道切换单元25施加第二开关控制信号SCS2使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第二激光二极管引脚29接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第二电流驱动信号CDS2，从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第二电流驱动信号CDS2下，驱动分布式反馈阵列激光器2中的第二激光二极管进行波长调谐，第二激光二极管从1535.5nm调谐至1538nm。调谐过程中，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA22，相对波长监测单元21输出的信号MB22，直接光强探测单元22输出的信号MC22，数据存入存储单元31。接下来，控制单元1对电学通道切换单元25施加第三开关控制信号SCS3使电流驱动单元24的输出端子与分布式反馈阵列激光器2的第三激光二极管引脚30接通，控制单元1控制电流驱动单元24输出第三电流驱动信号CDS3，从起始电流50mA调至终止电流300mA，在第三电流驱动信号CDS3下，驱动分布式反馈阵列激光器2中的第三激光二极管进行波长调谐，第三激光二极管从1539nm调谐至1541.5nm。调谐过程中，控制单元1控制采集单元19采集绝对波长监测单元20输出的信号MA32，相对波长监测单元21输出的信号MB32，直接光强探测单元22输出的信号MC32，数据存入存储单元31。
上述采集的绝对波长监测单元20输出的原始信号按访问波段顺序依次排列为：MA11(1530-1532.5nm)MA12(1532-1534.5nm)MA21(1533.5-1536nm)MA22(1535.5-1538nm)MA31(1537-1539.5nm)MA32(1539-1541.5nm)。
上述采集的相对波长监测单元21输出的原始信号按访问波段顺序依次排列为：MB11(1530-1532.5nm)MB12(1532-1534.5nm)MB21(1533.5-1536nm)MB22(1535.5-1538nm)MB31(1537-1539.5nm)MB32(1539-1541.5nm)。
上述采集的直接光强探测单元22输出的原始信号按访问波段顺序依次排列为：MC11(1530-1532.5nm)MC12(1532-1534.5nm)MC21(1533.5-1536nm)MC22(1535.5-1538nm)MC31(1537-1539.5nm)MC32(1539-1541.5nm)。
波段定义为在某一温度下对某一序号的激光二极管施加电流调制下的波长调谐，该波长所覆盖的光谱范围。上边所述括号里为激光输出的波长范围，也就是波段的含义。可以看出，采集的信号一共有五个波段，相邻波段均存在波长重叠，这一波长重叠区域为0.5nm。需要将各个波段进行拼接与组合，构成一个无重叠的完整信号。需要利用绝对波长监测单元信号来确定绝对波长监测单元以及直接光强探测单元信号在波长相邻波段的拼接位置的过程。
绝对波长监测单元20测量波长的装置如光谱仪或者波长计，其读数即为激光波长，此时只需要选取重合区域中任意一点即可，优选地，可以选择重合区域正中的一点作为拼接位置。绝对波长监测单元20也可以是可以具有特征吸收谱线的气体分子气室，如氰化氢分子气室，乙炔分子气室等。如图6为氰化氢分子气室特征谱线，将其作为C波段(1530到1565nm)的波长参考。
如图6，以氰化氢气室吸收峰位置作为绝对波长监测单元来确定拼接点位置与信号拼接的过程。以MC11(图7中72)和MC12(图7中73)信号为例。对氰化氢气室透射信号而言，MA11(图7中74)和MA12(图7中75)在波长位置R20(1530.30668nm)R19(1530.78615)，R18(1531.27537)R17(1531.77430)R16(1532.28298)处存在吸收峰，MC11在波长位置R16(1532.28298)R15(1532.80139nm)R14(1533.32954)，R13(1533.86745)处存在吸收峰。因此可以用R16(1532.28298)作为拼接波长位置。然后，MC11舍弃该波长位置所对应的采样点(图7中70)后边的数据点，MC12舍弃该波长位置所对应的采样点(图7中71)前边的数据点。拼接后的新得到的相邻两段输出的信号为MC1112信号(图7中77)。
所述的波长监测单元包括输出特征信号的气室或中心波长已知的光纤光栅，或可以直接得到波长大小的光谱仪或波长计，或光纤干涉仪或FP标准器或光学谐振腔，或以上几种的组合。
同理完成其他相邻波段信号的拼接，所有拼接后波段按照波长从小到大依次排列构成拼接后绝对波长监测单元信号，拼接后直接光强探测单元信号。
由于电流调谐带来的激光器波长调谐具有非线性，也就是输出光频或者波长随时间不是线性增长，此时若用固定采样率对各个输出信号进行采样，则采样点并非等光频间隔，这样获得的直接强度探测信号以及获得的光纤光栅阵列传感器的光谱也就具有非线性，影响基于光谱分析的物理量解算精度。上述所述的利用相对波长监测单元信号对测量态直接光强探测单元信号及测量态绝对波长监测信号进行非线性校正方法，具有若干种不同的实现方式：可以为用采集单元19将该绝对波长监测单元信号与其他路信号同步用固定采样率采集，然后在数据处理单元中进行对直接光强探测单元信号或波长监测信号进行非线性校正。方法为将相对波长监测单元信号进行希尔伯特展开，进行相位解卷，然后对相位进行等分，如按照π弧度等分，得到对应的采样点，然后利用这些采样点对直接光强探测单元信号与绝对波长监测信号进行重采样，重采样后的直接光强探测单元信号与绝对波长监测信号为校正了非线性的信号。此外，还有非均匀傅里叶变换，去斜滤波器，PNC相位补偿等用后期软件处理方式校正非线性的实现形式。此外，还可以将相对波长监测单元输出的正弦信号作为采集单元19的时钟，用该时钟作为直接光强探测单元信号和绝对波长监测信号的采集时钟对这两路进行采集。此外，还可以采用光电锁相环技术进行非线性校正。考虑到存在的现有技术，这一部分不再进行赘述。相关文献可见(1.丁振扬，几种改进OFDR性能方法的提出及验证，2013，天津大学.2.Fan，X.，Y.Koshikiya and F.Ito，Phase-noise-compensated optical frequency domain reflectometry with measurement rangebeyond laser coherence length realized using concatenative referencemethod.Optics letters，2007.32(22):p.3227 3.Swept-wavelength InterferometricInterrogation of Fiber Rayleigh Scatter for Distributed Sensing Applications4.Song，J.，et al.，Long-Range High Spatial Resolution Distributed Temperatureand Strain Sensing Based on Optical Frequency-Domain Reflectometry.IEEEPhotonics Journal，2014.6(3):p.1-8.5.张浩，电流调谐半导体激光器绝对距离测量技术研究，2016，哈尔滨工业大学.第15页6.Satyan N，Vasilyev A，Rakuljic G，et al.Precisecontrol of broadband frequency chirps using optoelectronic feedback.Opticsexpress，2009，17(18):15991-15999.)。校正了非线性的拼接后直接光强探测单元信号记为最终直接光强探测单元信号，将作为分布式参量解调程序的输入量。
若采用上面所述的光电锁相环技术(上述文献6和文献7)进行非线性校正时，测量装置将具有如图3所示的结构。锁相环单元包括基准源101，乘法鉴相器102，环路滤波器103，积分器104和加法器105；包含了激光器调谐非线性的相对波长监测单元21输出信号与基准源101(一般为信号发生器的正弦信号)设置的信号在乘法鉴相器102中进行比较。频率误差信号被输入到环路滤波器103，然后进入积分器104，输出信号与控制单元1提供的激光器的初始电流驱动信号通过加法器105合成后输入到激光器的电流驱动单元24中，实时校正调谐下的驱动电流值。
此时输出的激光可以认为是理想的线性调制信号。此时采集单元19以固定频率采集直接强度探测单元输出信号以及绝对波长监测单元输出信号，数据处理单元32被配置为确定各路信号的拼接位置；对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；解算准分布式物理量。
如图5为半导体光放大器及其闭环功率稳定单元，其构成包括：半导体光放大器91，可以通过改变其上的驱动电流来对注入至半导体光放大器的激光功率施加不同增益；光电探测器93，用于将光信号转化为与光功率成比例的电学信号；比较器94，用于将测得的光强信号与设定值比较得到误差信号；比较器94输出的误差信号经过滤波及放大后的电压信号输入到电流驱动器97成为电流驱动信号。第十耦合器分出10％的光进入到闭环控制环路，剩下的90％作为输出光注入到后边的测量光路作为测量装置信号光。可以看出闭环功率控制单元40将输入的光稳定在设定的某一功率上。半导体光放大器的相关介绍可参见[[1]https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm？objectgroup_id＝3901
[2]https://courses.cit.cornell.edu/ece533/Lectures/handout9.pdf]
下面所述的外界第二个状态表示测量态，相对于第一个参考态，光纤光栅阵列传感器2可能发生了物理量变化的作用。准分布式物理量测量过程如下：
第1步、外界第一个状态下得到参考态各个波段绝对波长监测单元信号，参考态各个波段绝对波长监测单元信号绝对波长监测单元信号，参考态各个波段绝对波长监测单元信号直接光强探测单元信号；
第2步、外界第二个状态下得到测量态各个波段绝对波长监测单元信号，测量态各个波段波绝对波长监测单元信号，测量态各个波段直接光强探测单元信号；
第3步、根据绝对波长监测单元信号，确定相邻波段的拼接位置，得到参考态拼接后直接光强探测单元信号，参考态拼接后绝对波长监测单元信号，测量态拼接后直接光强探测单元信号，和测量态拼接后直接光强探测单元信号；
第4步、分别利用参考态拼接后绝对波长监测单元信号和测量态拼接后绝对波长监测单元信号对参考态拼接后直接光强探测单元信号和测量态拼接后直接光强探测单元信号进行非线性校正，得到最终参考态直接光强探测单元信号和最终测量态直接光强探测单元信号；
第5步、分布式物理量解算：根据最终参考态直接光强探测单元信号求取光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，根据最终测量态直接光强探测单元信号求取光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，根据该峰值的变化得到光纤光栅阵列各个光纤光栅上的物理量变化。
被测物理量可以为应变，或温度，或可以导致光纤发生应变或温度变化的其他物理量。这些物理量和光谱的偏移量之间一般相差一个系数(灵敏度)或者为了更加精确，符合多项式函数的关系，或者可以通过标定实验得到系数值(可参考Cui J，Zhao S，Yang D，et al.Investigation of the interpolation method to improve the distributedstrain measurement accuracy in optical frequency domain reflectometry systems[J].Applied optics，2018，57(6):1424-1431.)。
应当理解，在本发明的一些实施例中，非线性校正并非必须的，本发明的测量方法可以以在不进行非线性校正的情形下实现。在本发明的一些实施例中的参考态信息，例如参考态的光谱可以预先存储作为基准信号，或者可以如上述实施例所描述的那样通过实时测量获得。
在本申请中，如无相反定义，度指摄氏度。
在本申请中，并不必须选取分布式反馈阵列激光器的全部激光二极管进行信号拼接，还可以配置为仅选定特定的激光二极管，只要选定后的二极管的激光输出连续覆盖测量所需要的整个测量波段范围即可。可以在所述选定的激光二极管中切换提供激光输出的激光二极管。所述激光二极管选定单元为电学开关。
在本申请中，存储单元可以存储数据处理单元得到信号拼接位置，存储分布式物理量解算结果或直接存储原始采集信号以便后期离线处理。
在本申请中，绝对波长监测信号指由绝对波长监测单元或具有相同或实质相同功能的单元提供的信号；相对波长监测信号指由相对波长监测单元或具有相同或实质相同功能的单元提供的信号；所述直接强度探测信号指由直接强度探测单元或具有相同或实质相同功能的单元提供的信号。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明还可通过以下公开的示例实现：
1.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，其特征在于：该方法包括以下步骤：
对分布式反馈阵列激光器中选定的激光二极管进行工作温度调谐及驱动电流调谐以提供调谐激光输出，其中所述调谐激光输出包括响应每个所述选定的激光二极管的激光输出波段，其中波长相邻的所述激光输出波段有重叠区域；
提供包含响应所述调谐激光输出的且包含所述调谐激光输出的绝对波长信息的绝对波长监测信号；
提供包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的响应光的光强的直接光强探测信号；
在包括所述物理量变化的测量态下，以固定的时钟同步地采集所述绝对波长监测信号；以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号，以及测量态直接光强探测信号；
根据所述测量态绝对波长监测信号中包含的绝对波长信息获得每个所述波段与其它所述波段的光谱的重叠位置，并依据所述位置确定所述测量态直接光强探测信号的拼接位置，其中，所述拼接位置均是所述激光二极管序号、所述温度以及所述调谐电流的函数；
基于所述测量态直接光强探测信号的信号拼接位置对各个波段的测量态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后测量态直接光强探测信号；以及
根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
2.根据示例1所述的方法，其特征在于：
还提供包括用于对所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号的步骤中同步地采集所述相对波长监测信号以得到测量态相对波长监测信号；
基于所述测量态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的测量态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后测量态相对波长监测信号；
用所述拼接后测量态相对波长监测信号对所述拼接后测量态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终测量态直接光强探测信号；以及
根据所述最终测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
3.根据上述示例中任意一项所述的方法，其特征在于：
所述参考态下的中心峰值位置为预先存储或通过以下方式获得：
在不包括所述物理量变化的参考态下，同步地采集包括所述调谐激光输出的绝对波长的参考态绝对波长监测信号以及包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的光的光强的参考态直接光强探测信号；
根据所述参考态绝对波长监测信号中包含绝对波长获得相邻所述波段的光谱部分重叠的位置，并依据该位置确定所述参考态直接光强探测信号的信号拼接位置，其中，所述信号拼接位置是所述激光二极管序号、所述温度以及所述调谐电流的函数；
对各个波段的参考态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态直接光强探测信号；
根据所述拼接后参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置。
4.根据述示例3所述的方法，其特征在于：还包括
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到参考态绝对波长监测信号，以及参考态直接光强探测信号的步骤中同时同步地采集所述相对波长监测信号以得到参考态相对波长监测信号；
基于所述参考态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的参考态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态相对波长监测信号；
用所述拼接后参考态相对波长监测信号对所述拼接后参考态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终参考态直接光强探测信号；以及
根据所述最终参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
5.根据示例1所述的方法，其特征在于：
还提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；在所述测量态采集所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号；以及以所述测量态相对波长监测信号作为所述时钟同步地采集所述绝对波长监测信号，所述以及直接光强探测信号，以得到所述测量态绝对波长监测信号，以及所述测量态直接光强探测信号。
6.根据述示例5所述的方法，其特征在于：
所述参考态下的中心峰值位置为预先存储或通过以下方式获得：
在不包括所述物理量变化的参考态下，同步地采集包括所述调谐激光输出的绝对波长的参考态绝对波长监测信号以及包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的光的光强的参考态直接光强探测信号；
根据所述参考态绝对波长监测信号中包含绝对波长获得相邻所述波段的光谱部分重叠的位置，并依据该位置确定所述参考态直接光强探测信号的信号拼接位置，其中，所述信号拼接位置是所述激光二极管序号、所述温度以及所述调谐电流的函数；
对各个波段的参考态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态直接光强探测信号；
根据所述拼接后参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置。
7.根据示例6所述的方法，其特征在于：
还提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；以及
在采集所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号；以所述测量态相对波长监测信号作为时钟同步地采集所述绝对波长监测信号，所述以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号，以及测量态直接光强探测信号。
8.根据述示例6所述的方法，其特征在于：还包括
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到参考态绝对波长监测信号，以及参考态直接光强探测信号的同时同步地采集所述相对波长监测信号以得到参考态相对波长监测信号；
基于所述参考态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的参考态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态相对波长监测信号；
用所述拼接后参考态相对波长监测信号对所述拼接后参考态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终参考态直接光强探测信号；以及
根据所述最终参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
9.根据示例1的方法，其特征在于：
所述提供调谐激光输出包括：
在自起始温度至终止温度的多个离散温度值下，对分布式反馈阵列激光器中选定的多个输出波长逐渐增加的具有不同序号的激光二极管依次进行电流调谐得到从第一波长至第二波长的调谐激光输出；
其中，所述电流调谐被配置为：每个激光二极管在该所述离散温度值中的一个温度值下的电流调谐中的第一波长小于该激光二极管在该温度梯度下相邻且较低温度的电流调谐中的第二波长以使同一激光二极管的相邻温度的输出激光在光谱上部分重叠；且每个激光二极管在终止温度下的电流调谐得到的第二波长大于与其相邻的且波长更大的激光二极管在起始温度下的电流调谐得到的第一波长，以使得终止温度下的相邻激光二极管中低波长管通过电流调谐所覆盖的光信号的光谱与初始温度下的相邻激光二极管高波长管通过电流调谐所输出的光信号的光谱部分重叠。
10.根据上述示例中任意一项所述的方法，其特征在于：
对在上述不同温度值下对分布式反馈阵列激光器中选定的多个激光二极管进行电流调谐的过程中得到的调谐激光输出进行闭环功率控制，来对分布式反馈阵列激光器的输出激光的光功率进行实时调节，以提供功率稳定的同调谐激光输出；以及将经过闭环功率控制单元的输出激光分束进入到绝对波长监测单元，相对波长监测单元以及直接光强探测单元。
11.根据上述示例中任意一项所述的方法，其特征在于：对所述分布式反馈阵列激光器内部任一激光二极管，其输出波长随着驱动电流或者温度的增加而增加。
12.根据示例11所述的方法，其特征在于：所述调谐电流为从小到大的驱动电流信号，在该调谐电流下，激光器输出波长从小到大发生波长变化。
13.根据上述示例中任意一项所述的方法，其特征在于：所述的光纤光栅阵列传感器为在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠。
14.根据上述示例中任意一项所述的方法，其特征在于：所述的非线性校正包括：用绝对波长监测信号作为所述同步采集的外时钟，触发直接光强探测信号的同步采集；或者，用固定采样率的内时钟同步采集所述绝对波长监测信号和所述直接光强探测信号，根据所述绝对波长监测信号估算所述分布式阵列激光器激光输出的相位，并由此对所述直接光强探测信号进行非线性补偿，如重采样，使得所述直接光强探测信号具有等光频间隔；或者采用光电锁相环实现非线性校正。
15.根据上述示例中任意一项所述的方法，所述的分布式物理量为应变，或温度，或可以导致光纤发生应变或温度变化的其他物理量。
16.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量装置，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，其特征在于包括：
分布式反馈阵列激光器，用于为装置提供单片上集成多个具有不同波长的激光二极管并可通过电流或温度进行波长调谐；
电流驱动单元，用于为分布式反馈阵列激光器提供驱动电流信号，进而对分布式反馈阵列激光器进行波长调谐；
温度控制单元，用于为分布式反馈阵列激光器中的分布式反馈阵列激光器提供恒定的温度控制信号；
直接强度探测单元，用于提供光纤光栅阵列传感器反射光信息的直接强度探测信号，其包括光纤光栅阵列传感器，用于将光导入到所述光纤光栅阵列传感器的光纤耦合器或者环形器，以及耦合于所述光纤光栅阵列传感器的光电探测器；
绝对波长监测单元，用于测量所述激光器的调谐输出的波长值；
采集单元，用于在包括所述物理量变化的测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号；
控制单元，用于上述光源调谐电流驱动单元、温度控制单元、采集单元的时序控制；以及
数据处理单元，配置为确定各路信号的拼接位置；对所述测量态直接光强探测单元信号进行拼接得到拼接后测量态直接光强探测单元信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
17.根据示例16所述的装置，其特征在于：还包括存储单元，用于存储数据处理单元得到信号拼接位置，存储分布式物理量解算结果或直接存储原始采集信号以便后期离线处理。
18.根据示例16所述的装置，其特征在于：还包括相对波长监测单元，用于提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号，所述采集单元被配置为在所述测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号的步骤中还同步地侧记所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号用于对所述测量态直接光强探测信号进行非线性校正。
19.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：还包括闭环功率控制单元，用于调节所述分布式反馈阵列激光器输出激光的光功率，以为提供具有稳定光功率的激光输出。
20.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：所述光纤光栅阵列传感器包括在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在所述物理量作用后各自的中心波长互不重叠。
21.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：还包括耦合于所述控制单元和所述分布式反馈激光器之间的电学开关。
22.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：所述的闭环功率控制单元包括：
半导体光放大器，可以通过改变其上的驱动电流来对注入至半导体光放大器的激光功率施加不同增益的功能；
光电探测器，用于将光信号转化为与光功率成比例的电学信号；
比较器，用于将测得的光强信号与设定值比较得到误差信号；
执行器，用于将该误差信号转换为电流驱动信号，该电流驱动信号用于驱动半导体光放大器，进而实时改变半导体光放大器的增益。
23.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：所述的绝对波长监测单元包括输出特征信号的气室或光纤干涉仪或FP标准器或光学谐振腔或中心波长已知的光栅光纤，或可以直接得到波长大小的光谱仪或波长计，或以上几种的组合。。
24.根据上述示例任意一项所述的装置，其特征在于：还包括光电锁相环单元：包括基准源，乘法鉴相器，环路滤波器，积分器，加法器；相对波长监测单元输出的信号与基准源在乘法鉴相器中进行比较。频率误差被输入到环路滤波器，然后进入积分器，输出信号与控制单元提供的激光器的初始电流驱动信号通过加法器合成后输入到激光器的电流驱动单元中；此时采集单元配置为以固定频率采集直接强度探测单元输出信号以及绝对波长监测单元输出信号，数据处理单元被配置为确定各路信号的拼接位置；对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；解算准分布式物理量。
25.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量系统，用于
测量待测对象的物理量变化，其特征在于包括：
耦合于所述待测对象的光纤光栅阵列传感器，在所述光纤光栅阵列传感器包括光纤和在所述光纤上不同位置上刻写的若干具有一定反射率的光纤光栅，所述光纤光栅各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠；
分布式反馈阵列激光器，用于为装置提供单片上集成多个具有不同波长的激光二极管并可通过电流或温度进行波长调谐；
电流驱动单元，用于为分布式反馈阵列激光器提供驱动电流信号，进而对分布式反馈阵列激光器进行波长调谐；
温度控制单元，用于为分布式反馈阵列激光器中的分布式反馈阵列激光器提供恒定的温度控制信号；
直接强度探测单元，用于提供所述激光器的所述调谐输出的直接强度探测信号，其包括光纤光栅阵列传感器，用于将光导入到所述光纤光栅阵列传感器的光纤耦合器或者环形器，以及耦合于所述光纤光栅阵列传感器的光电探测器；
绝对波长监测单元，用于测量所述激光器的调谐输出的波长值；
采集单元，用于在包括所述物理量变化的测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号；
控制单元，用于上述光源调谐电流驱动单元、温度控制单元、采集单元的时序控制；以及
数据处理单元，配置为确定各路信号的拼接位置；对所述测量态直接光强探测单元信号进行拼接得到拼接后测量态直接光强探测单元信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
26.根据示例25所述的系统，其特征在于：还包括存储单元，用于存储数据处理单元得到信号拼接位置，存储分布式物理量解算结果或直接存储原始采集信号以便后期离线处理。
27.根据示例25所述的系统，其特征在于：还包括相对波长监测单元，用于提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号，所述采集单元被配置为在所述测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号的步骤中还同步地侧记所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号用于对所述测量态直接光强探测信号进行非线性校正。
28.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：还包括闭环功率控制单元，用于调节所述分布式反馈阵列激光器输出激光的光功率，以为提供具有稳定光功率的激光输出。
29.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：所述光纤光栅阵列传感器，在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠。
30.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：还包括耦合于所述控制单元和所述分布式反馈激光器之间的电学开关。
31.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：所述的闭环功率控制单元包括：
半导体光放大器，可以通过改变其上的驱动电流来对注入至半导体光放大器的激光功率施加不同增益的功能；
光电探测器，用于将光信号转化为与光功率成比例的电学信号；
比较器，用于将测得的光强信号与设定值比较得到误差信号；
执行器，用于将该误差信号转换为电流驱动信号，该电流驱动信号用于驱动半导体光放大器，进而实时改变半导体光放大器的增益。
32.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：所述的波长监测单元包括输出特征信号的气室或中心波长已知的光纤光栅，或可以直接得到波长大小的光谱仪或波长计，或光纤干涉仪或FP标准器或光学谐振腔，或以上几种的组合。
33.根据上述示例任意一项所述的系统，其特征在于：还包括光电锁相环单元：包括基准源，乘法鉴相器，环路滤波器，积分器，加法器；相对波长监测单元输出的信号与基准源在乘法鉴相器中进行比较。频率误差被输入到环路滤波器，然后进入积分器，输出信号与控制单元提供的激光器的初始电流驱动信号通过加法器合成后输入到激光器的电流驱动单元中；此时采集单元配置为以固定频率采集直接强度探测单元输出信号以及绝对波长监测单元输出信号，数据处理单元被配置为确定各路信号的拼接位置；对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；解算准分布式物理量。
Claims (33)
1.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，其特征在于：该方法包括以下步骤：
对分布式反馈激光器阵列中选定的激光二极管进行工作温度调谐及驱动电流调谐以提供调谐激光输出，其中所述调谐激光输出包括响应每个所述选定的激光二极管的激光输出波段，其中波长相邻的所述激光输出波段有重叠区域；
提供包含响应所述调谐激光输出的且包含所述调谐激光输出的绝对波长信息的绝对波长监测信号；
提供包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的响应光的光强的直接光强探测信号；
在包括所述物理量变化的测量态下，以固定的时钟同步地采集所述绝对波长监测信号；以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号，以及测量态直接光强探测信号；
根据所述测量态绝对波长监测信号中包含的绝对波长信息获得每个所述波段与其它所述波段的光谱的重叠位置，并依据所述位置确定所述测量态直接光强探测信号的拼接位置，其中，所述拼接位置均是所述激光二极管序号、所述温度以及所述驱动电流的函数；
基于所述测量态直接光强探测信号的信号拼接位置对各个波段的测量态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后测量态直接光强探测信号；以及
根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
还提供包括用于对所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号的步骤中同步地采集所述相对波长监测信号以得到测量态相对波长监测信号；
基于所述测量态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的测量态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后测量态相对波长监测信号；
用所述拼接后测量态相对波长监测信号对所述拼接后测量态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终测量态直接光强探测信号；以及
根据所述最终测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述参考态下的中心峰值位置为预先存储或通过以下方式获得：
在不包括所述物理量变化的参考态下，同步地采集包括所述调谐激光输出的绝对波长的参考态绝对波长监测信号以及包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的光的光强的参考态直接光强探测信号；
根据所述参考态绝对波长监测信号中包含绝对波长获得相邻所述波段的光谱部分重叠的位置，并依据该位置确定所述参考态直接光强探测信号的信号拼接位置，其中，所述信号拼接位置是所述激光二极管序号、所述温度以及所述驱动电流的函数；
对各个波段的参考态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态直接光强探测信号；
根据所述拼接后参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置。
4.根据述权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到参考态绝对波长监测信号，以及参考态直接光强探测信号的步骤中同时同步地采集所述相对波长监测信号以得到参考态相对波长监测信号；
基于所述参考态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的参考态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态相对波长监测信号；
用所述拼接后参考态相对波长监测信号对所述拼接后参考态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终参考态直接光强探测信号；以及
根据所述最终参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
还提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；在所述测量态采集所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号；以及以所述测量态相对波长监测信号作为所述时钟同步地采集所述绝对波长监测信号，所述以及直接光强探测信号，以得到所述测量态绝对波长监测信号，以及所述测量态直接光强探测信号。
6.根据述权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述参考态下的中心峰值位置为预先存储或通过以下方式获得：
在不包括所述物理量变化的参考态下，同步地采集包括所述调谐激光输出的绝对波长的参考态绝对波长监测信号以及包括所述光纤光栅阵列传感器对所述调谐激光输出的光的光强的参考态直接光强探测信号；
根据所述参考态绝对波长监测信号中包含绝对波长获得相邻所述波段的光谱部分重叠的位置，并依据该位置确定所述参考态直接光强探测信号的信号拼接位置，其中，所述信号拼接位置是所述激光二极管序号、所述温度以及所述驱动电流的函数；
对各个波段的参考态直接光强探测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态直接光强探测信号；
根据所述拼接后参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
还提供包括所述调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号；以及
在采集所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号；以所述测量态相对波长监测信号作为时钟同步地采集所述绝对波长监测信号，所述以及直接光强探测信号，以得到测量态绝对波长监测信号，以及测量态直接光强探测信号。
8.根据述权利要求6所述的方法，其特征在于：还包括
在所述同步地采集所述绝对波长监测信号以及直接光强探测信号，以得到参考态绝对波长监测信号，以及参考态直接光强探测信号的同时同步地采集所述相对波长监测信号以得到参考态相对波长监测信号；
基于所述参考态相对波长监测信号的拼接位置对各个波段的参考态相对波长监测信号依次进行拼接，得到拼接后参考态相对波长监测信号；
用所述拼接后参考态相对波长监测信号对所述拼接后参考态直接光强探测信号进行非线性校正，得到最终参考态直接光强探测信号；以及
根据所述最终参考态直接光强探测信号求取所述参考态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于：
所述提供调谐激光输出包括：
在自起始温度至终止温度的多个离散温度值下，对分布式反馈激光器阵列中选定的多个输出波长逐渐增加的具有不同序号的激光二极管依次进行电流调谐得到从第一波长至第二波长的调谐激光输出；
其中，所述电流调谐被配置为：每个激光二极管在该离散温度值中的一个温度值下的电流调谐中的第一波长小于该激光二极管在该温度下相邻且较低温度的电流调谐中的第二波长以使同一激光二极管的相邻温度的输出激光在光谱上部分重叠；且每个激光二极管在终止温度下的电流调谐得到的第二波长大于与其相邻的且波长更大的激光二极管在起始温度下的电流调谐得到的第一波长，以使得终止温度下的相邻激光二极管中低波长管通过电流调谐所覆盖的光信号的光谱与初始温度下的相邻激光二极管高波长管通过电流调谐所输出的光信号的光谱部分重叠。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
对在上述不同温度值下对分布式反馈激光器阵列中选定的激光二极管进行电流调谐的过程中得到的所述调谐激光输出进行闭环功率控制，来对分布式反馈激光器阵列的输出激光的光功率进行实时调节，以提供功率稳定的同调谐激光输出；以及将经过闭环功率控制单元的输出激光分束进入到绝对波长监测单元，相对波长监测单元以及直接光强探测单元。
11.根据上述权利要求1中所述的方法，其特征在于：对所述分布式反馈激光器阵列内部任一激光二极管，其输出波长随着驱动电流或者温度的增加而增加。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述驱动电流为从小到大的驱动电流信号，在该驱动电流下，激光器输出波长从小到大发生波长变化。
13.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于：所述的光纤光栅阵列传感器为在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的非线性校正包括：用绝对波长监测信号作为外时钟进行所述同步地采集，触发直接光强探测信号的同步采集；或者，用固定采样率的内时钟同步采集所述绝对波长监测信号和所述直接光强探测信号，根据所述绝对波长监测信号估算所述分布式阵列激光器激光输出的相位，并由此对所述直接光强探测信号进行非线性补偿，如重采样，使得所述直接光强探测信号具有等光频间隔；或者采用光电锁相环实现非线性校正。
15.根据权利要求1所述的方法，所述的分布式物理量为应变，或温度，或可以导致光纤发生应变或温度变化的其他物理量。
16.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量装置，用于通过耦合于待测对象的光纤光栅阵列传感器测量所述待测对象的物理量变化，其特征在于包括：
分布式阵列激光器反馈，用于为装置提供单片上集成多个具有不同波长的激光二极管并可通过电流或温度进行波长调谐；
电流驱动单元，用于为分布式反馈激光器阵列提供驱动电流信号，进而对分布式反馈激光器阵列进行波长调谐；
温度控制单元，用于为分布式反馈激光器阵列中的分布式反馈激光器阵列提供恒定的温度控制信号；
直接光强探测单元，用于提供光纤光栅阵列传感器反射光信息的直接光强探测信号，其包括光纤光栅阵列传感器，用于将光导入到所述光纤光栅阵列传感器的光纤耦合器或者环形器，以及耦合于所述光纤光栅阵列传感器的光电探测器；
绝对波长监测单元，用于测量所述激光器的调谐输出的波长值；
采集单元，用于在包括所述物理量变化的测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号；
控制单元，用于上述电流驱动单元、温度控制单元、采集单元的时序控制；以及
数据处理单元，配置为确定各路信号的拼接位置；对所述测量态直接光强探测单元信号进行拼接得到拼接后测量态直接光强探测单元信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：还包括存储单元，用于存储数据处理单元得到信号拼接位置，存储分布式物理量解算结果或直接存储原始采集信号以便后期离线处理。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：还包括相对波长监测单元，用于提供包括所述激光器的调谐输出的非线性的相对波长监测信号，所述采集单元被配置为在所述测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号的步骤中还同步地侧记所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号用于对所述测量态直接光强探测信号进行非线性校正。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：还包括闭环功率控制单元，用于调节所述分布式反馈激光器阵列输出激光的光功率，以为提供具有稳定光功率的激光输出。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：所述光纤光栅阵列传感器包括在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在所述物理量作用后各自的中心波长互不重叠。
21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：还包括耦合于所述控制单元和所述分布式反馈激光器之间的电学开关。
22.根据权利要求19所述的装置，其特征在于：所述的闭环功率控制单元包括：
半导体光放大器，可以通过改变其上的驱动电流来对注入至半导体光放大器的激光功率施加不同增益的功能；
光电探测器，用于将光信号转化为与光功率成比例的电学信号；
比较器，用于将测得的光强信号与设定值比较得到误差信号；
执行器，用于将该误差信号转换为电流驱动信号，该电流驱动信号用于驱动半导体光放大器，进而实时改变半导体光放大器的增益。
23.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述的绝对波长监测单元包括输出特征信号的气室或光纤干涉仪或FP标准器或光学谐振腔或中心波长已知的光栅光纤，或可以直接得到波长大小的光谱仪或波长计，或以上几种的组合。
24.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：还包括光电锁相环单元：包括基准源，乘法鉴相器，环路滤波器，积分器，加法器；相对波长监测单元输出的信号与基准源在乘法鉴相器中进行比较；频率误差被输入到环路滤波器，然后进入积分器，输出信号与控制单元提供的激光器的初始电流驱动信号通过加法器合成后输入到激光器的电流驱动单元中；此时采集单元配置为以固定频率采集直接光强探测单元输出信号以及绝对波长监测单元输出信号，数据处理单元被配置为确定各路信号的拼接位置；对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；解算准分布式物理量。
25.一种基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量系统，用于
测量待测对象的物理量变化，其特征在于包括：
耦合于所述待测对象的光纤光栅阵列传感器，在所述光纤光栅阵列传感器包括光纤和在所述光纤上不同位置上刻写的若干具有一定反射率的光纤光栅，所述光纤光栅各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠；
分布式反馈激光器阵列，用于为装置提供单片上集成多个具有不同波长的激光二极管并可通过电流或温度进行波长调谐；
电流驱动单元，用于为分布式反馈激光器阵列提供驱动电流信号，进而对分布式反馈激光器阵列进行波长调谐；
温度控制单元，用于为分布式反馈激光器阵列中的分布式反馈激光器阵列提供恒定的温度控制信号；
直接光强探测单元，用于提供所述激光器的所述调谐输出的直接光强探测信号，其包括光纤光栅阵列传感器，用于将光导入到所述光纤光栅阵列传感器的光纤耦合器或者环形器，以及耦合于所述光纤光栅阵列传感器的光电探测器；
绝对波长监测单元，用于测量所述激光器的调谐输出的波长值；
采集单元，用于在包括所述物理量变化的测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号得到测量态绝对波长监测信号以及测量态直接光强探测信号；
控制单元，用于所述电流驱动单元、所述温度控制单元、所述采集单元的时序控制；以及
数据处理单元，配置为确定各路信号的拼接位置；对所述测量态直接光强探测单元信号进行拼接得到拼接后测量态直接光强探测单元信号；以及根据所述拼接后测量态直接光强探测信号求取所述测量态下所述光纤光栅阵列光谱中不同光纤光栅的中心峰值所在位置，以及根据所述峰值所在位置相对于所述光纤光栅阵列在不包括所述物理量变化的参考态下的中心峰值位置的变化得到所述光纤光栅阵列各个光纤光栅上的所述物理量变化。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于：还包括存储单元，用于存储数据处理单元得到信号拼接位置，存储分布式物理量解算结果或直接存储原始采集信号以便后期离线处理。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于：还包括相对波长监测单元，用于提供包括调谐激光输出的非线性的相对波长监测信号，所述采集单元被配置为在所述测量态同步地采集所述绝对波长监测单元输出的绝对波长监测信号和所述直接光强探测单元输出的直接光强探测信号的步骤中还同步地侧记所述相对波长监测信号得到测量态相对波长监测信号用于对所述测量态直接光强探测信号进行非线性校正。
28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于：还包括闭环功率控制单元，用于调节所述分布式反馈激光器阵列输出激光的光功率，以为提供具有稳定光功率的激光输出。
29.根据权利要求25所述的系统，其特征在于：所述光纤光栅阵列传感器，在光纤上不同位置上刻写了若干具有一定反射率的光纤光栅，各自具有不同的中心波长且在发生物理量变化的作用后中心波长互不重叠。
30.根据权利要求25所述的系统，其特征在于：还包括耦合于所述控制单元和所述分布式反馈激光器之间的电学开关。
31.根据权利要求28所述的系统，其特征在于：所述的闭环功率控制单元包括：
半导体光放大器，可以通过改变其上的驱动电流来对注入至半导体光放大器的激光功率施加不同增益的功能；
光电探测器，用于将光信号转化为与光功率成比例的电学信号；
比较器，用于将测得的光强信号与设定值比较得到误差信号；
执行器，用于将该误差信号转换为电流驱动信号，该电流驱动信号用于驱动半导体光放大器，进而实时改变半导体光放大器的增益。
32.根据权利要求26至31任意一项所述的系统，其特征在于：所述的波长监测单元包括输出特征信号的气室或中心波长已知的光纤光栅，或可以直接得到波长大小的光谱仪或波长计，或光纤干涉仪或FP标准器或光学谐振腔，或以上几种的组合。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于：还包括光电锁相环单元：包括基准源，乘法鉴相器，环路滤波器，积分器，加法器；相对波长监测单元输出的信号与基准源在乘法鉴相器中进行比较；频率误差被输入到环路滤波器，然后进入积分器，输出信号与控制单元提供的激光器的初始电流驱动信号通过加法器合成后输入到激光器的电流驱动单元中；此时采集单元配置为以固定频率采集直接光强探测单元输出信号以及绝对波长监测单元输出信号，数据处理单元被配置为确定各路信号的拼接位置；对直接光强探测单元信号、绝对波长监测单元信号进行截取和拼接得到最终直接光强探测单元信号、最终绝对波长监测单元信号；解算准分布式物理量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010505081.6A CN112082581B (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010505081.6A CN112082581B (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112082581A CN112082581A (zh) | 2020-12-15 |
| CN112082581B true CN112082581B (zh) | 2022-12-13 |
Family
ID=73735654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010505081.6A Active CN112082581B (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112082581B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113418894A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-21 | 天津大学 | 一种基于氰化氢气体池的光学微腔谐振峰标定方法 |
| CN115756012A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 威海激光通信先进技术研究院 | 一种用于卫星激光通信终端温度梯度控制的装置及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100439859C (zh) * | 2007-02-09 | 2008-12-03 | 北京交通大学 | 利用光纤光栅的光纤干涉型在线微位移测量系统 |
| CN100554870C (zh) * | 2007-09-25 | 2009-10-28 | 北京交通大学 | 利用光纤光栅及波分复用技术的台阶高度在线测量系统 |
| CN101126629A (zh) * | 2007-09-25 | 2008-02-20 | 北京交通大学 | 利用光纤光栅的合成波干涉台阶高度在线测量系统 |
| CN100489461C (zh) * | 2007-10-15 | 2009-05-20 | 北京航空航天大学 | 光纤分布式温度和应力传感装置 |
| CN100507455C (zh) * | 2007-11-21 | 2009-07-01 | 北京理工大学 | 一种强度调制型光纤传感器的复用方法 |
| CN100552520C (zh) * | 2008-05-05 | 2009-10-21 | 浙江大学 | 一种复用与解调长周期光纤光栅阵列的方法及设备 |
| CN101319919B (zh) * | 2008-07-15 | 2011-02-09 | 浙江大学 | 一种频域光纤光栅传感网络解调的方法和设备 |
-
2020
- 2020-06-05 CN CN202010505081.6A patent/CN112082581B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112082581A (zh) | 2020-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7333680B2 (en) | Fiber Bragg grating sensor system | |
| CN112082581B (zh) | 基于分布式反馈激光器阵列的准分布式物理量测量方法、装置及系统 | |
| US7499182B2 (en) | Optical signal measurement system | |
| US7589840B2 (en) | Broad- and inter-band multi-wavelength-reference method and apparatus for wavelength measurement or monitoring systems | |
| US9287680B2 (en) | System and method to compensate for frequency distortions and polarization induced effects in optical systems | |
| CN112086857B (zh) | 连续可调谐激光拼接位置的获取方法及装置以及对应的连续可调谐激光的输出方法及装置 | |
| CN112082585B (zh) | 基于干涉光信号拼接的驱动电流调谐分布式测量方法、装置及系统 | |
| WO2004091059A2 (en) | Method and system for continuous sweeping of a tunable laser | |
| CN113670347B (zh) | 一种高分辨力准分布式物理量测量方法、装置及系统 | |
| CN112082586B (zh) | 基于分布式反馈激光器阵列的光纤光栅阵列传感方法、装置及系统 | |
| CN113670352A (zh) | 低成本准分布式物理量测量方法，装置及系统 | |
| CN112082584B (zh) | 基于激光器调谐控制的光纤分布式物理量测量方法、装置及系统 | |
| US6885462B2 (en) | Wavelength monitoring device and method of tunable laser sources | |
| CN113670349B (zh) | 基于光频域反射技术的高速光纤分布式物理量测量方法、装置及系统 | |
| CN113670348B (zh) | 高精度光纤分布式物理量测量方法、装置和系统 | |
| CN113670350B (zh) | 高精度光频域反射方法、装置及系统 | |
| CN113670351B (zh) | 基于vcsel复用的光纤光栅阵列测量方法、装置及系统 | |
| JP3678201B2 (ja) | Ｗｄｍ信号モニタ | |
| Lepley et al. | Primary referenced DWDM frequency comb generator | |
| KR20020084437A (ko) | 파장분할 다중화된 광신호의 감시 방법 및 장치 | |
| CN114061637B (zh) | 一种基于光纤瑞利散射谱相关性的激光器探测信号拼接及其拓展方法 | |
| US20180205198A1 (en) | Optical Test System Using an Array Laser | |
| JP3761025B2 (ja) | 光スペクトラムアナライザ | |
| JP2000131144A (ja) | 波長モニタおよび光源 | |
| JP2006086431A (ja) | 波長可変光源および波長特性測定システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |