[發(fā)明專利]實現(xiàn)分布式位置識別的長啁啾光纖光柵傳感系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711389524.4
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108106533A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莊煒;祝連慶;李紅;孫廣開;董明利;婁小平;宋言明
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)分布式位置識別的長啁啾光纖光柵傳感系統(tǒng)，包括長啁啾光纖光柵、解調(diào)儀、50:50耦合器和ASE寬帶光源，其中，對所述長啁啾光纖光柵分別間隔一定距離進行標(biāo)定并在標(biāo)定處進行加載，載荷作用在長啁啾光纖光柵的不同距離的位置信息被調(diào)制到寬帶反射譜中，由50:50耦合器進入解調(diào)儀中進行解調(diào)。在位置測量方面，相比于傳統(tǒng)光纖分布式測量技術(shù)，本發(fā)明使用的長啁啾光纖光柵具有空間分辨率高，解調(diào)系統(tǒng)成本低優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及長啁啾光纖光柵分布式位置識別的傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

位置傳感器是用來檢測物體位置的傳感器，廣泛的應(yīng)用在控制、運動監(jiān)測領(lǐng)域。傳統(tǒng)的位置傳感器可以根據(jù)檢測的方式可以簡單分為非接觸式和接觸式傳感器。例如行程開關(guān)就是典型的接觸式位置傳感器，物體接觸到行程開關(guān)，觸頭動作，從而完成控制。常見的位置傳感器均為電學(xué)傳感器，重量大、難復(fù)用、易受電磁干擾，復(fù)合材料兼容性差，難以適用于航空位置測量、光傳飛控等特殊場合。

自1978年加拿大K.O.Hill等發(fā)明了光纖光柵以來，光纖光柵的種類、制作、封裝、應(yīng)用都得到了飛速發(fā)展。其中以光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)傳感器為代表。因其具有靈敏度高、不受電磁干擾、防水性能好、體積小、重量輕、可靠性高、可埋入復(fù)合材料等優(yōu)點，迅速成為優(yōu)良傳感器元件。已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。但因其本身結(jié)構(gòu)所限，具有難以實現(xiàn)分布式連續(xù)測量，測量范圍小問題。限制了其進一步發(fā)展。與周期均勻柵距的FBG不同，啁啾光纖光柵(Chirped Fiber Bragg Gratings，CFBG)具有周期不均勻的柵區(qū)間隔，在繼承了FBG優(yōu)點的同時，還具有反射帶寬大，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式測量等FBG不具有的特點。近年來成為新的研究熱點。2014年，南秋明等通過引入?yún)⒖脊鈻旁诶眠惫饫w光柵測量中，實現(xiàn)了高線性度的應(yīng)變和溫度傳感器；2016年，劉智超等基于啁啾光柵完成了糧倉測溫網(wǎng)絡(luò)的研究，實現(xiàn)了大容量溫度測量組網(wǎng)；同年，Eamonn等實現(xiàn)了應(yīng)變分辨率9.1με的全分布式啁啾光纖光柵應(yīng)變測量；

Tomasz等使用定制錐形啁啾光纖光柵獲得了寬范圍的單調(diào)應(yīng)變響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有空間分辨率高，解調(diào)系統(tǒng)成本低的能夠?qū)崿F(xiàn)分布式位置識別的長啁啾光纖光柵傳感系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種實現(xiàn)分布式位置識別的長啁啾光纖光柵傳感系統(tǒng)，包括長啁啾光纖光柵、解調(diào)儀、50:50耦合器和ASE寬帶光源，其特征在于，對所述長啁啾光纖光柵分別間隔一定距離進行標(biāo)定并在標(biāo)定處進行加載，載荷作用在長啁啾光纖光柵的不同距離的位置信息被調(diào)制到寬帶反射譜中，由50:50耦合器進入解調(diào)儀中進行解調(diào)。

優(yōu)選的，所述ASE寬帶光源為C+L波段寬帶光源，用于發(fā)射不同波長的光線，不同波長的光進入啁啾光纖光柵后在不同的位置滿足布拉格條件而被反射，形成寬帶反射譜。

優(yōu)選的，所述解調(diào)儀采用線陣InGaAs圖像傳感器，用于測量光譜變化，所述圖像傳感器在1520～1595nm波長范圍內(nèi)有512像素，波長間隔在為0.146nm～0.150nm范圍內(nèi)。

優(yōu)選的，所述長啁啾光纖光柵的長度在30cm～50cm范圍內(nèi)，其中所述的長啁啾光纖光柵的長度在30cm上具有9nm的啁啾量。

優(yōu)選的，所述長啁啾光纖光柵波長與位置的關(guān)系如公式所示：

L＝36λ-56654.97

其中，λ表示波長，L表示位置長度。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明分布式位置識別的長啁啾光纖光柵傳感系統(tǒng)，通過對長啁啾光纖光柵不同位置進行加載，通過測定波長與位置之間的關(guān)系，實現(xiàn)分布式位置的測量，在位置測量方面，相比于傳統(tǒng)光纖分布式測量技術(shù)，本發(fā)明使用的長啁啾光纖光柵具有空間分辨率高，解調(diào)系統(tǒng)成本低優(yōu)勢。