[實用新型]一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統

有效

• 申請號: 201720475466.6
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN206709787U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 陳思;羅志會;陳小剛;王鳳鈞;潘禮慶;肖焱山
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感器技術領域，具體涉及一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統。

背景技術

啁啾光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高等優點受到了廣泛的歡迎，廣泛的應用于公路、橋梁等大型建筑工程中。目前人們提出了多種利用啁啾光纖光柵檢測應變的方法，如：“一種基于光纖長啁啾光柵頻域反射技術的用于土木結構裂紋的檢測方法及傳感”，這種方法利用光纖長啁啾頻域反射技術來檢測局部應變和裂紋。但該系統檢測結果極大的受到溫度的影響，無法精確測量。中國專利：“啁啾光柵的應變-溫度雙參數測量方法”(ZL：201110412333.1)可以克服溫度的影響，實現對溫度和應變毫米級分布式測量，但其要求啁啾光纖光柵為凸字形啁啾光柵，啁啾光纖光柵中間L/3-2L/3區域反射率高于兩側，實驗條件苛刻。

而中國專利：“一種啁啾光纖光柵傳感解調系統”(ZL：201010104541.0)使用普通的啁啾光纖光柵很好的解決了溫度和應變交叉影響的問題，但其強度形解調裝置過于復雜。因此，如何在簡化解調裝置的同時，提高實驗的可行度，使其不受外界環境溫度的影響，是啁啾光纖光柵應變解調需要考慮的問題。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統，簡化了解調裝置，提高了實驗的可行度；可消除外界環境溫度的影響，靈敏度高，復用性強。

本實用新型采取的技術方案為：

一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統，該系統由傳感部分、調節部分組成，所述傳感部分包括第一啁啾光柵、第二啁啾光柵、壓電陶瓷；所述調節部分包括第一光電探測器、第二光電探測器、微處理器。

寬帶光源發出的光經過分束器一分為二：一路經過第一環形器到達第一啁啾光柵，第一啁啾光柵反射的光經第二光電探測器輸出給微處理器；另一路經過第二環形器到達第二啁啾光柵，第二啁啾光柵反射的光經第一光電探測器輸出給微處理器，進行解調。

所述第一啁啾光柵兩端預拉伸固定在壓電陶瓷上面的玻璃片上，用以感知拉力的變化。

所述第二啁啾光柵作為參考光柵，用于消除環境溫度影響。

所述寬帶光源為SOA窄帶寬激光器。

本實用新型一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統，優點在于：通過引用第二啁啾光柵做參考光柵的方法，克服了環境溫度對應變的交叉影響，實現精確測量；通過計算兩束光脈沖個數和譜寬的大小，經過差分放大后實現應變-譜寬解調，解調方便，易于調節。

附圖說明

圖1為本實用新型的第一啁啾光柵結構示意圖。

圖2為本實用新型的系統結構示意圖；

其中：1-第一啁啾光柵，2-第二啁啾光柵，3-壓電陶瓷，4-寬帶光源，5-分束器，6-第一環形器，7-單模光纖，8-第二環形器，9-第一光電探測器，10-第二光電探測器，11-微處理器，12-玻璃片。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種基于壓電陶瓷的雙啁啾光柵應變解調系統，該系統由傳感部分、調節部分組成，所述傳感部分包括第一啁啾光柵1、第二啁啾光柵2、壓電陶瓷3；所述調節部分包括第一光電探測器9、第二光電探測器10、微處理器11。

寬帶光源4發出的光經過分束器5一分為二：一路經過第一環形器6到達第一啁啾光柵1，第一啁啾光柵1反射的光經第二光電探測器10輸出給微處理器11。

另一路經過第二環形器8到達第二啁啾光柵2，第二啁啾光柵2反射的光經第一光電探測器9輸出給微處理器11，進行解調。

所述第一啁啾光柵1兩端預拉伸固定在壓電陶瓷3上面的玻璃片12上，用以感知拉力的變化。壓電陶瓷3的拉力引起波長變化與譜寬展寬成線性關系。

所述第二啁啾光柵2作為參考光柵，用于消除環境溫度影響。

第一啁啾光柵1、第二啁啾光柵2的應變-溫度交叉靈敏度對測量結果的影響很小，忽略不計。

第一啁啾光柵1、第二啁啾光柵2反射波長差△λ可以表示為：

式中，△λ₁、△λ₂為兩光柵波長變化；n_eff為有效折射率；λ_b為兩光柵的中心反射波長；μ為橫向泊松比；P₁₁和P₁₂為彈光系數；ε_z為軸向應變。上式表示：反射波長的變化量與溫度無關。