[發(fā)明專利]一種具有波長標(biāo)尺校準(zhǔn)功能的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810015897.3
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108592962B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路元?jiǎng)?/a>;王緣;彭楗欽;楊雁南;趙寧;王同光
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開了一種具有波長標(biāo)尺校準(zhǔn)功能的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)由ASE光源的寬帶光源以及光隔離器、可調(diào)諧F?P濾波器、耦合器、環(huán)形器、FBG傳感器陣列、標(biāo)準(zhǔn)具、第一光電探測器、第二光電探測器、數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)和可調(diào)諧電源組成。本發(fā)明通過控制F?P濾波器的驅(qū)動(dòng)電壓對PZT遲滯和蠕變補(bǔ)償，使標(biāo)準(zhǔn)具的透射譜峰值波長間隔隨時(shí)間線性變化，實(shí)現(xiàn)對作為“波長標(biāo)尺上刻度線”的標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長校準(zhǔn)，為解調(diào)傳感光柵的波長提供精確的波長基準(zhǔn)，可對傳感光柵的波長進(jìn)行高精度測量，從而根據(jù)傳感光柵的波長信息達(dá)到對溫度、應(yīng)變等物理量進(jìn)行精確測量的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長作為參考波長，結(jié)合F-P濾波器解調(diào)法對FBG波長解調(diào)的一種光纖傳感系統(tǒng)；具體地說是一種具有波長標(biāo)尺校準(zhǔn)功能的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖布拉格光柵傳感器也稱為FBG傳感器，光纖布拉格光柵的英文名稱為FiberBraggGrating,簡稱FBG。FBG傳感器由于其體積小、精度高、響應(yīng)快、耐腐蝕、電磁絕緣等優(yōu)良特性，過去幾十年在各類結(jié)構(gòu)的溫度與應(yīng)變傳感領(lǐng)域得到了蓬勃的發(fā)展。FBG對溫度與應(yīng)變的測量，可通過探測其反射或透射中心波長的改變量來實(shí)現(xiàn)。對FBG反射或透射中心波長的解調(diào)方案中，F(xiàn)-P濾波器解調(diào)法是應(yīng)用較多的方法。基于標(biāo)準(zhǔn)具的F-P濾波器解調(diào)法，是通過控制可調(diào)諧F-P濾波器使寬帶光源輸出的波長隨時(shí)間線性改變，可調(diào)諧F-P濾波器輸出的光隨后進(jìn)入作為波長參考的標(biāo)準(zhǔn)具，標(biāo)準(zhǔn)具的透射光譜各峰值波長按相等的時(shí)間間隔依次輸出，其波長值也等間隔變化，可作為波長標(biāo)尺上的刻度線，通過確定FBG傳感器反射波長在波長標(biāo)尺上的位置，來解調(diào)出FBG反射峰波長，從而實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變等物理量的傳感。

獲得可調(diào)諧F-P濾波器的透過波長，一般是利用F-P濾波器驅(qū)動(dòng)電壓與透過波長之間的近似線性關(guān)系，由來驅(qū)動(dòng)電壓值來確定波長值。但在實(shí)際應(yīng)用中，因F-P濾波器中的PZT具有遲滯和蠕變等不良特性，導(dǎo)致不同時(shí)刻同一驅(qū)動(dòng)電壓對應(yīng)的F-P濾波器輸出波長不同，解調(diào)誤差較大，因此需要針對PZT的遲滯和蠕變進(jìn)行補(bǔ)償控制。在先技術(shù)1[劉琨,井文才,劉鐵根,等.F-P可調(diào)諧光濾波器的非線性校正在動(dòng)態(tài)應(yīng)變傳感中的應(yīng)用[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2008,21(7):1264-1268]采用二次曲線擬合法對F-P可調(diào)諧光濾波器的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行非線性校正，但是在先技術(shù)1沒有考察F-P濾波器中PZT的遲滯和蠕變影響，若單次測量獲得的驅(qū)動(dòng)電壓與對應(yīng)的F-P濾波器輸出波長中存在隨機(jī)誤差，會(huì)導(dǎo)致遲滯和蠕變的電壓補(bǔ)償不充分，從而帶來波長校準(zhǔn)誤差。在使用標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長作為參考波長的F-P濾波器解調(diào)系統(tǒng)中，因標(biāo)準(zhǔn)具的透射波長與可調(diào)諧F-P濾波器的波長相同，會(huì)因F-P濾波器中PZT的遲滯和蠕變，出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長間隔與時(shí)間變化不成線性的情況，導(dǎo)致作為“波長標(biāo)尺上刻度線”的標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長間隔不按照時(shí)間線性變化，即波長標(biāo)尺上刻度線非等間隔，會(huì)給后繼對傳感光柵波長的解調(diào)帶來誤差。因此，非常有必要對F-P濾波器中PZT的遲滯和蠕變進(jìn)行補(bǔ)償控制，使F-P濾波器的透射波長及對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)具透射譜峰值波長隨時(shí)間線性變化，從而校準(zhǔn)波長標(biāo)尺。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供能利用標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)合F-P濾波器解調(diào)法對FBG波長調(diào)解達(dá)到對溫度、應(yīng)變、加速度等物理量進(jìn)行精確測量的一種具有波長標(biāo)尺校準(zhǔn)功能的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：