[發明專利]一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統

有效

• 申請號: 201210031872.5
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102589617A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 詹亞歌;羅君;吳華;余木火
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是涉及一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統，適用于復合材料結構等的應變和溫度實時測量。

背景技術

光纖光柵是在光纖中建立起某種空間折射率周期分布，使在其中光的傳播特性得以改變的一種光學元件。當寬帶光入射到光纖布喇格光柵(Fiber?Bragg?Grating，簡稱“FBG”)時，其反射光的中心波長(布喇格波長)λ_B，由布喇格方程給出：λ_B＝2nΛ。

其中，n為纖芯的有效折射率，Λ為光柵周期。當普通FBG的柵格周期和折射率調制度隨環境空間場的非均勻分布而發生不一致改變，各有效作用子柵集將反射出不同波長的子反射譜。由于各子反射譜間距相對于其帶寬較小，子譜間大部分重疊，最終形成了一個譜形整體展寬的啁啾反射譜，如圖1所示。啁啾光纖光柵即根據這種原理制作而成，它的工作原理與普通FBG基本相同，但是外界物理量的變化不僅會改變啁啾光纖光柵反射譜的中心波長，還會引起它的光譜展寬。其中，應變會導致啁啾光纖光柵反射譜的波長變化和光譜展寬，而溫度只引起反射譜中心波長的移動，而不會影響光譜帶寬。同時測量反射譜的中心波長變化和譜寬變化，就可以計算出應變和溫度，實現多參量傳感。

由于利用啁啾光纖光柵進行傳感測量時，被測信號為波長和帶寬的編碼，因此如何簡單、快速、精確地解調出其中心波長(改變量)和帶寬(改變量)，是利用啁啾光纖光柵實現多參量傳感的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統，使得監測系統解調成本低、性價比高、易于實現遠程監控、并且重復性和實時性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統，包括寬帶光源，第一N×M光纖耦合器，傳感啁啾光纖光柵，第一光電探測器，第二N×M光纖耦合器，參考啁啾光纖光柵，第二光電探測器，數據采集卡和計算機，所述寬帶光源的輸出光進入第一N×M光纖耦合器；所述第一N×M光纖耦合器的輸出光一部分進入傳感啁啾光纖光柵，另一部分進入第二N×M光纖耦合器；所述第二N×M光纖耦合器的輸出光分別進入參考啁啾光纖光柵和折射率匹配液；所述傳感啁啾光纖光柵的反射光經第一N×M光纖耦合器進入第一光電探測器；所述參考啁啾光纖光柵的反射光經第二N×M光纖耦合器進入第二光電探測器；所述第一光電探測器和第二光電探測器的輸出模擬電信號均進入所述數據采集卡，并由所述計算機進行信號的處理和顯示，其中，N≥2，M≥2，各個尾纖空置端均接入折射率匹配液。

所述寬帶光源與第一N×M光纖耦合器之間還設有長周期光纖光柵。

所述第一N×M光纖耦合器和參考光纖啁啾光柵之間還設有光纖隔離器。

所述第一N×M光纖耦合器和第二N×M光纖耦合器均為2×2光纖耦合器。

所述傳感啁啾光纖光柵的中心波長處于所述寬帶光源的光譜平坦度較高的區域。

所述傳感啁啾光纖光柵的反射譜的半高帶寬在3nm以上。

所述參考啁啾光纖光柵的反射譜的中心波長和半高帶寬均與所述傳感啁啾光纖光柵的中心波長和半高帶寬近似相等。

所述長周期光纖光柵的主損耗峰單邊的線性度大于2dB/nm。

所述長周期光纖光柵的主損耗峰單邊的中心波長與傳感啁啾光纖光柵的中心波長近似相等。

所述傳感啁啾光纖光柵利用表面粘貼或內部埋入的方法安裝到被測目標的待測點。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明能補足現有光纖光柵傳感測量系統的欠缺之處，避免了傳統復合材料結構監測系統尤其是結構健康狀態關鍵參量(應變和溫度)監測系統存在的解調成本高、性價比低、難以實現遠程監控、重復性和實時性差等許多缺點。本發明系統具有實時、高精度、抗電磁干擾、全光纖型、可實現無損測量等許多優勢。

(1)本發明實現的一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統，根據應變和溫度對啁啾光纖光柵的反射譜調制性能，只需一個啁啾光纖光柵就能實現應變和溫度的同時測量。

(2)本發明實現的一種基于啁啾光纖光柵的全光纖型多參量監測系統，利用一個長周期光纖光柵和一個參考啁啾光纖光柵，根據光電探測器的輸出值就可以精確的計算出傳感啁啾光纖光柵反射譜的中心波長和帶寬，再與初始反射譜的中心波長和帶寬相比較，就推算出被測應變和溫度，即利用兩個簡單的光纖元件即可實現多參量的實時解調，不需光譜儀等昂貴的光譜測量設備。