[發明專利]基于DFB激光器的FBG波長解調儀的溫度和應變檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201310435128.6
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103438939A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 熊燕玲;鐘少龍;楊文龍;沈濤;李喬藝;梁歡;孟帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及光纖傳感及特性測試的技術領域，特別涉及某些特殊場合溫度和應變的測量。

背景技術

溫度是一個重要的物理量,對溫度的準確測量和有效控制已成為科學研究和生產實踐中的重要課題。許多時候更是需要知道某一方向的溫度梯度或空間溫度分布,進而實現分布式的溫度測量成為測量領域研究的一個熱點。分布式光纖測溫系統只需要一根傳感光纖,布線非常簡單,且系統成本隨著傳感距離的增加大幅降低,是目前一種發展前景非常好的測溫系統。

力學參量的測量對于橋梁、礦井、隧道、大壩和建筑物等的維護和健康狀況的監測是非常重要的。光纖光柵傳感器可以實現對應變的直接測量。通過測量橋梁、礦井、隧道、大壩和建筑物結構的應變分布，能夠預知上述結構的載荷及健康狀況。

用于溫度和應變測量的傳感器種類繁多,光纖光柵(Fiber?Bragg?Grating，FBG)傳感器具有體積小、抗電磁干擾、防腐蝕、傳感信息量波長編碼、易構成分布式測量系統實現網絡化測量等獨特優勢，廣泛應用于各行各業的溫度及應變監測。大型電力設備正常運行時的電磁振動和故障狀態下的瞬態結構應變、對防爆條件要求苛刻的化工設備故障診斷和石油管道泄露誘導的瞬態應變、彈道測試引起的環境波動等許多特殊場合，利用光纖光柵傳感器波長信息變化完全可實現對其動態信號的監測。

在基于FBG傳感器進行監測系統中，FBG波長信息解調是關鍵技術。通過對國內FBG解調儀研發公司銷售調查，平均每年銷售額在1億人民幣，隨著市場需求逐年呈上升趨勢。目前在常用的波長信息解調方法中，可調諧濾波法構成的解調系統復雜，精度受法-珀腔的穩定性及壓電陶瓷的非線性影響，只適用于靜態或準靜態測量；干涉法雖然能提高檢測靈敏度，但穩定性差，至今未有成品；匹配解調方法靈敏度高，但動態范圍窄、易受環境溫度影響。近幾年，FBG波長解調儀在國內主要研究機構有上海紫珊、北京品傲、上海前所等十幾所，研制的動態解調儀大多基于CCD散射法或F-P腔驅動原理，存在價格高20萬元左右人民幣、體積大、不能后續開發等不利因素。

發明內容

本發明的目的是為了解決橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物、大型電力設備和化工設備等特殊場合溫度和應變的測量，以及采用可調諧濾波法構成的解調系統復雜、激光利用率低的問題。本發明提供了基于DFB激光器的FBG波長解調儀的溫度和應變檢測裝置及方法。

基于DFB激光器的FBG波長解調儀的溫度和應變檢測裝置，它包括可調諧DFB光源1、1×2光分路器2、F-P標準具3、1×4光分路器4、5路光放大電路5、數據采集器6、耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15、耦合器D16、端口臺17、FBG傳感器18和標準FBG19，端口臺17上設置有RJ45以太網口7、CH1端口8、CH2端口9、CH3端口10、CH4端口11和AC220V端口12；

所述的AC220V端口12用于與外部交流220V供電電源連接，并且所述AC220V端口12同時與可調諧DFB光源1的電源輸入端、5路光放大電路5的電源輸入端和數據采集器6的電源輸入端連接；

可調諧DFB光源1輸出光信號至1×2光分路器2的光信號輸入端，所述的1×2光分路器2的第一光信號輸出端與F-P標準具3的光信號輸入端連接，F-P標準具3的光信號輸出端與5路光放大電路5的第五個光信號輸入端連接；

1×2光分路器2的第二光信號輸出端與1×4光分路器4的光信號輸入端連接，

所述的1×4光分路器4的第一個光信號輸出端輸出的光信號經耦合器A13發送至CH1端口8.；1×4光分路器4的第二個光信號輸出端輸出的光信號經耦合器B14發送至CH2端口9；1×4光分路器4的第三個光信號輸出端輸出的光信號經耦合器C15發送至CH3端口10；所述的1×4光分路器4的第四個光信號輸出端輸出的光信號經所述的耦合器D16發送至所述的CH4端口11；

FBG傳感器18和標準FBG19分別與CH1端口8、CH2端口9、CH3端口10、CH4端口11中的任意兩個連接；

耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15和耦合器D16的輸出端口依次與5路光放大電路5的第一、二、三和四光信號輸入端連接；

所述的5路光放大電路5的電信號輸出端與數據采集器6的電信號采集輸入端連接，所述的數據采集器6的以太網通信端口與RJ45以太網口7連接。

耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15和耦合器D16采用相同耦合器實現。

采用基于DFB激光器的FBG波長解調儀的溫度和應變檢測裝置實現溫度檢測的方法：