[實用新型]多物理量光纖傳感系統

有效

• 申請號: 201820568399.7
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN208704784U
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 吳奇;王容;熊克
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本實用新型公開了一種多物理量光纖傳感系統，傳感系統包括光柵傳感光路單元、信號處理單元、反饋回路以及相移光纖光柵增敏結構。該傳感系統實現解調精度高，可同時測量超聲、應變和溫度的目的；該系統的反饋回路包括數據采集模塊、濾波器，比例?積分?微分控制器(PID)，執行電路，以實現激光器波長對外界干擾變化的實時跟隨，使相移光柵傳感系統處于平衡位置。本實用新型解決了現有光纖布拉格光柵傳感系統對超聲波等高頻信號不敏感的問題，解決了普通光纖光柵系統無法同時檢測溫度與應變的問題，并且提高了現有相移光纖光柵超聲檢測的靈敏度。

技術領域

本實用新型涉及傳感器領域，特別是涉及一種信號增敏裝置及光纖多物理量檢測系統。

背景技術

光纖布拉格光柵作為一種光纖傳感器件，由于其體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾等獨特優點，可替代普通電學應變片，在結構健康監測等領域具有廣泛應用前景。光纖光柵的測量原理是當它感受到溫度、應變、振動等物理量影響時，會引起光纖有效折射率和光柵周期等參數的變化，從而導致光纖布拉格光柵中心波長發生變化。目前在航空航天、土木工程和醫學等領域已得到廣泛應用。

傳統光纖光柵解調設備帶寬僅為2KHz，精度為2pm(約20με)。而隨著對高精度傳感器的需求的日益增加，受制于較長的光柵長度以及較緩的光譜諧波，現有帶寬普遍低于500KHz,精度遠低于壓電材料傳感器。相移光纖光柵作為一種非均勻周期的光柵，具有窄帶透射峰及高斜率的斜邊的性能，使其擁有高靈敏度傳感特性，現成功用于裂紋、沖擊等各類損傷的超聲檢測。該相移光纖光柵是在均勻折射率的光纖布拉格光柵中，在某一特定位置上引入π的相位偏移，由此可以將相移光柵看作由同一根光纖上的相位不同的兩個子光柵構成，這兩個子光柵類似Fabry-Perot諧振腔,允許諧振波長的光進入光柵阻帶，在阻帶中打開一個線寬極窄的投射窗口。該帶寬遠小于傳統光柵的反射帶寬，且具有陡峭的光譜斜邊，其中心波長對應變，溫度等外界影響非常敏感，因此適用于高精度傳感領域。

另一方面，傳統的光纖光柵傳感系統對溫度與應變同時敏感，即均能引起光柵中心波長的變化，使得無法僅僅通過光柵波長中心波長的變化區分溫度與應變的影響，存在交叉敏感的問題，而且目前能同時區分并測量溫度、應變及超聲波的檢測方法靈敏度低、沒有足夠的帶寬以及解調系統復雜的問題，如能同時測量多個物理量，可以為后續的建筑物健康診斷提供更為全方位的信息。比如，用溫度對超聲探傷中的基準進行校正以及超聲損傷定位、定量的分析校準。鑒于此，本實用新型提出一種能同時測量超聲波、溫度以及應變的光纖傳感系統設計方法。

實用新型內容

本實用新型的第一個目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種雙通道光纖光柵檢測系統及檢測方法，該系統及方法可以同時針對寬帶超聲波、窄帶共振超聲波、應變及溫度實現高精度測量，并且提高檢測材料損傷的靈敏度。

為了實現上述效果，本實用新型提供的一種信號接收裝置，包括可調諧激光器、耦合器、第一環形器、相移光纖光柵、平衡光電探測器、光纖布拉格柵、第二環形器、光電探測器和數據采集模塊。

其中，第一環形器、相移光纖光柵和平衡光電探測器共同構成第一光路；第二環形器、光纖布拉格光柵和光電探測器共同構成第二光路；可調諧激光器、數據采集模塊、濾波器、PID控制器和執行電路構成反饋回路。

所述可調諧激光器的輸出端與1×2耦合器的入射端連接；1×2耦合器的第一個出射端與第一環形器的入射端連接；第一環形器的反射端與相移光纖光柵的入射端連接；相移光纖光柵的出射端與平衡光電探測器的第一入射端連接；第一環形器的出射端與平衡光電探測器的第二入射端連接；平衡光電探測器的出射端與數據采集模塊的入射端連接；

1×2耦合器的第二個出射端與第二環形器的入射端連接；第二環形器的反射端與光纖布拉格光柵的入射端連接；第二環形器的出射端與光電探測器的入射端連接；光電探測器的出射端與數據采集模塊的入射端連接；