[發(fā)明專利]一種基于弱反射光柵的振動測量裝置及測量方法

在審

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107764390A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡君輝;靳天琪;劉奎
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司45112
• 代理人: 劉梅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于弱反射光柵的振動測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)

隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，在近幾十年之間，光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用幾乎覆蓋到了各個行業(yè)，在通訊、工程、物理參數(shù)測量等領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛。相對于傳統(tǒng)傳感器來說，光纖傳感器有著其突出優(yōu)勢。

光纖光柵是一種刻寫在光纖內(nèi)部的光柵結(jié)構(gòu)，對溫度、應(yīng)力等物理參量具有優(yōu)良的傳感特性，因此在光纖傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。光纖光柵傳感具有抗電磁干擾、靈敏度高、安全可靠、耐腐蝕、可進(jìn)行準(zhǔn)分布式測量、便于組網(wǎng)等諸多優(yōu)點，特別在一些特殊的場合，有著其不可替代的作用。光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了電力、石油、石化、交通和建筑等各個工業(yè)領(lǐng)域，在公共安全、國防、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、環(huán)保等重大安全監(jiān)測領(lǐng)域也有著重要應(yīng)用，其中對于振動的探測是現(xiàn)在研究的熱點之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于弱反射光柵的振動測量裝置及測量方法。這種裝置成本低，與傳統(tǒng)弱光柵振動傳感需要長時間掃描光譜相比，本系統(tǒng)不需要掃描光譜，能節(jié)省測量時間和擴(kuò)大振動頻率測量范圍。這種方法的優(yōu)點是方法簡單，容易實現(xiàn)，與傳統(tǒng)振動測量的方法相比，不需要長時間的掃頻，可以節(jié)約振動測量的時間。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于弱反射光柵的振動測量裝置，包括順序連接的窄線寬激光器、調(diào)制器、光環(huán)行器、光柵傳感光纖及光電探測器、信號處理器，所述光環(huán)行器的第一端口與調(diào)制器連接，第二端口與光柵傳感光纖連接，第三端口經(jīng)過光電探測器與信號處理器連接。

所述光柵傳感光纖為帶有n個具有相同中心波長的光柵的傳感光纖，n為整數(shù)且不小于1。

所述信號處理器得到脈沖光到達(dá)第n個峰值，即第n個光柵反射回的光的時間差為Δt，則第n個光柵距離原點的距離為：

Ln＝(Δt×c)/(2n)

式中，c為光在真空中的光速，n為該傳感光纖的折射率。

所述傳感光纖為普通單模光纖。

由調(diào)制器調(diào)制成脈沖光的周期與總的傳感光纖的長度對應(yīng)，即發(fā)射脈沖光的周期大于光在整個光纖長度內(nèi)傳輸往返所需的時間。

使用上述基于弱反射光柵的振動測量裝置測量光柵的振動方法步驟為：

1)產(chǎn)生脈沖光：窄線寬激光器發(fā)出與探測振動的弱反射光纖光柵未加動態(tài)應(yīng)變時反射譜中心波長λ₀的連續(xù)光，連續(xù)光由調(diào)制器調(diào)制成脈沖光；

2)光線進(jìn)入光纖光柵：脈沖光從光環(huán)行器的第一端口輸入①，從第二端口②輸出，進(jìn)入光柵傳感光纖；

3)脈沖光的反射：脈沖光在光纖中傳播存在著與輸入光同頻的瑞利散射，經(jīng)過光柵時又會出現(xiàn)光柵對光的向后的反射，散射光與反射光由光環(huán)行器2的第二端口②輸入，從第三端口③輸出；

4)信號轉(zhuǎn)換和接收：光電探測器接收到從光環(huán)行器第三端口③輸出的光，并將光信號轉(zhuǎn)變成電信號輸送給信號處理器；

5)信號處理：信號處理器得到從窄線寬激光器發(fā)出光信號，到接收到第n個峰值的時間即到接收到第n個光柵反射回來的光信號的時間，確定第n個光柵的位置，再通過監(jiān)測第n個光柵反射譜的峰值功率變化，得出該光柵反射譜的峰值功率隨時間變化的波形圖，對該波形圖進(jìn)行傅里葉變換，得到光強(qiáng)隨頻率的變化圖，光強(qiáng)最大處的頻率f₀即為引起光纖光柵形變的振動的頻率。

這種裝置從成本低，與傳統(tǒng)弱光柵振動傳感需要長時間掃描光譜相比，本系統(tǒng)不需要掃描光譜，能節(jié)省測量時間和擴(kuò)大振動頻率測量范圍。這種方法的優(yōu)點是方法簡單，容易實現(xiàn)，與傳統(tǒng)振動測量的方法相比，不需要長時間的掃頻，可以節(jié)約振動測量的時間。

附圖說明

圖1為實施例中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例中光強(qiáng)隨光纖長度變化的示意圖；

圖3為實施例中受振動時單個光柵反射的光功率隨時間變化的波形示意圖；

圖4為實施例中單個光柵的波形圖經(jīng)傅里葉變換后的示意圖；

圖5為實施例的方法流程示意圖。

圖中，1.窄線寬激光器2.調(diào)制器3.光環(huán)行器4.光柵傳感光纖5.光電探測器6.信號處理器，①.第一端口②.第二端口③.第三端口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步的闡述，但不是對本發(fā)明的限定。

實施例：