[發(fā)明專利]一種高動態(tài)響應的FBG應變測量裝置

在審

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• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110307796A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 顧金良;崔琪;羅紅娥;夏言;栗保明
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明公開了一種高動態(tài)響應的FBG應變測量裝置，包括單模隔離器、光纖耦合器、FBG傳感器、非平衡M?Z干涉儀、三路信號調理電路、信號采集單元以及解調模塊，單模隔離器正對光源設置，且與光纖耦合器的A信號端連接，FBG傳感器與光纖耦合器的B信號端連接，非平衡M?Z干涉儀將帶有應變信息的光信號解調成三路光信號；三路信號調理電路分別將三路光信號轉換為電信號并進行放大、濾波，信號采集單元采集電信號并將其傳送給解調模塊；解調模塊對電信號解調得到應變量。本發(fā)明實現了高頻率響應、高采集速度等高動態(tài)性能，并且能夠在高溫、高壓、強電磁干擾等多種惡劣環(huán)境下工作。

技術領域

本發(fā)明屬于光纖傳感及特性測試技術，具體為一種高動態(tài)響應的FBG應變測量裝置。

背景技術

目前，常見的光纖Bragg光柵(FBG)動態(tài)應變傳感解調技術有邊緣濾波解調法、可調諧F-P濾波器解調法、匹配光纖光柵調諧濾波解調、非平衡邁克爾遜干涉儀解調法和非平衡M-Z干涉儀解調法。干涉法比較容易受到外界環(huán)境變化的影響，因此具有極高的檢測靈敏度，并且適用于動態(tài)測量，其中，非平衡M-Z干涉儀解調法對檢測微弱的動態(tài)Bragg波長移動是非常靈敏的。

專利號CN103438939A公開了一種FBG波長解調儀的應變檢測裝置及方法，其檢測方法為：當FBG傳感器與待測材料接觸時，FBG輸出反射光信號至與其連接的CH端口，再經耦合器輸出至RJ45以太網口，經計算機計算并顯示結果。該方法同樣使用光纖Bragg光柵傳感器對應變進行監(jiān)測，但是其使用可調光纖F-P濾波器解調法并且采用數據采集卡進行信號采集，雖然其測量范圍較大，但是不適合于動態(tài)環(huán)境，分辨率和靈敏度不高，頻響和采集速度也不高，且投入成本較高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種高動態(tài)響應的FBG應變測量裝置。

實現本發(fā)明目的的技術方案為：一種高動態(tài)響應的FBG應變測量裝置，包括單模隔離器、1×2光纖耦合器、FBG傳感器、非平衡M-Z干涉儀、三路信號調理電路、信號采集單元以及解調模塊，所述單模隔離器正對光源設置，其輸出端與1×2光纖耦合器的A信號端連接，所述FBG傳感器與1×2光纖耦合器的B信號端連接，所述非平衡M-Z干涉儀用于將1×2光纖耦合器的C端口輸出的帶有傳感信息的光信號解調成三路相位差互為120°的光信號；所述三路信號調理電路，分別用于將解調后的三路光信號轉換為電信號并對其進行放大、濾波，所述信號采集單元用于采集放大、濾波后的電信號并將其傳送給解調模塊；所述解調模塊用于對電信號解調得到應變量。

優(yōu)選地，所述非平衡M-Z干涉儀包括2×2光纖耦合器、3×3光纖耦合器，所述2×2光纖耦合器的D輸入端與所述1×2光纖耦合器的C端口連接，所述2×2光纖耦合器的兩路光信號輸出端分別與所述3×3光纖耦合器的其中兩路光信號輸入端連接，所述3×3光纖耦合器的三路光信號輸出端與分別與三路信號調理電路對應連接。

優(yōu)選地，所述FBG傳感器的光柵在23℃到27℃的環(huán)境下中心波長為1551.5nm，光柵長度為10mm，帶寬為0.14nm，最大反射率為0.96，所述非平衡M-Z干涉儀的臂長差最大為5.5mm。

優(yōu)選地，所述每路信號調理電路包括依次連接的光電轉換電路、前置放大電路和多級放大電路。

優(yōu)選地，所述信號采集單元包括三路A/D轉換電路、FPGA模塊以及DSP模塊，所述三路A/D轉換電路用于將三路信號調理電路得到的模擬電信號轉換為可供DSP采集的數字信號；所述FPGA模塊用于為所述DSP模塊的上電、產生時序以及邏輯控制，FPGA模塊與DSP模塊通過EMIF進行通訊，FPGA模塊作為協同處理器，DSP模塊作為主處理器，DSP模塊采集到的數據傳送給解調模塊。

優(yōu)選地，所述解調模塊設置在PC機上。

本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為：

1)本發(fā)明中FBG傳感器接收應變量信息、電信號采集以及遠程傳輸至PC機，都能夠遠程操作、實時控制；