[發明專利]用于溫度與應變同時測量的光纖光柵式傳感系統及方法

有效

• 申請號: 201610489840.8
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN105953825B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 何祖源;劉慶文;陳嘉庚;樊昕昱
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

1.一種用于溫度與應變同時測量的光纖光柵式傳感系統，其特征在于，包括：探測光支路、反饋檢測支路、保偏光耦合器、調制單元和計算單元，其中：傳感光柵一端與保偏光耦合器相連，另一端經去菲涅耳反射處理，探測光支路輸出雙邊帶強度調制的探測光通過輸入傳感光柵以實現對傳感光柵的快軸和慢軸上的透射峰中心進行探測，傳感光柵的反射信號通過保偏光耦合器輸入反饋檢測支路，調制單元根據計算單元的控制指令及讀數，向探測光支路輸出頻率信號，計算單元根據反饋檢測支路提供的數據對調制單元的頻率參數進行修正，以便將探測光的兩個邊帶鎖定在傳感光柵相應的透射峰上并計算得到溫度和應變。

2.根據權利要求1所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的探測光支路包括：依次相連的可調諧激光器、光耦合器、光相位調制器、光強度調制器和45°旋轉熔接的保偏光纖。

3.根據權利要求1所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的反饋檢測支路包括：信號發生器、偏振分束器、與偏振分束器的兩個輸出端對應相連的快軸檢測支路和慢軸檢測支路，其中：信號發生器調控快軸檢測支路和慢軸檢測支路。

4.根據權利要求3所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的偏振分束器的輸入端與保偏光耦合器的輸入端相連，偏振分束器的兩個輸出端分別對應傳感光柵的快軸和慢軸的反射信號。

5.根據權利要求4所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的快軸檢測支路和慢軸檢測支路結構相同，為串聯的光電探測器和鎖定放大器。

6.根據權利要求1所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的信號發生器驅動光相位調制器和鎖定放大器。

7.根據權利要求1所述的光纖光柵式傳感系統，其特征是，所述的傳感光柵為保偏光纖上π相移光纖布拉格光柵。

8.一種基于上述任一權利要求所述系統的測量方法，其特征在于，根據鎖定后射頻信號發生器的信號頻率和光波長計讀出的可調諧激光器的輸出波長，換算后得到傳感光柵快慢軸的透射峰的中心頻率差，即雙折射致頻率差和兩個透射中心頻率的平均值，即光柵布拉格頻率；根據雙折射致頻率差和光柵布拉格頻率分別對溫度和應變的靈敏度的對應關系，解得待測的溫度與應變；

所述的雙折射致頻率差Δf_Bi為鎖定后的射頻信號發生器信號頻率的2倍；

所述的光柵布拉格頻率f_Br為鎖定后的可調諧激光器的輸出波長的頻率形式。

9.根據權利要求8所述的測量方法，其特征是，所述的對應關系為：其中：f_Br為光柵布拉格頻率，Δf_Bi為雙折射致頻率差，為光柵布拉格頻率對溫度的靈敏度，為光柵布拉格頻率對應變的靈敏度，為雙折射致頻率差對溫度的靈敏度，為雙折射致頻率差對應變的靈敏度，T為待測溫度，ε為待測應變，T₀和ε₀為待定的溫度與應變常量。