[發(fā)明專利]一種少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010368586.2
• 申請(qǐng)日: 2020-05-01
• 公開（公告）號(hào): CN111504219B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林啟敬;姚坤;蔣莊德;趙娜;田邊;毛琦;韓楓;趙立波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);西安交通大學(xué)蘇州研究院
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16;G01H9/00;G01K11/3206;G01K1/14
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 楊曄

1.一種少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器，包括同一水平高度設(shè)置的第一基座(1)與第二基座(2)，其特征在于：所述第一基座1及第二基座(2)的兩側(cè)設(shè)有通孔(3)，第一基座(1)及第二基座(2)相對(duì)的一端分別設(shè)置有第一支撐梁(4)及第二支撐梁(5)，第一支撐梁(4)及第二支撐梁(5)之間連接有彈簧梁(6)；第二基座(2)正中設(shè)置有L-懸臂梁(7)，L-懸臂梁(7)、第一支撐梁(4)、第二支撐梁(5)、第一基座(1)及第二基座(2)頂部正中開設(shè)有凹槽(9)，光纖(8)粘貼于凹槽(9)底部正中；

所述L-懸臂梁(7)包括連接于第二基座(2)的連接梁(7-1)及連接梁(7-1)頂部懸空設(shè)置的質(zhì)量梁(7-2)；

所述光纖(8)包括一段少模光纖(8-1)及與少模光纖(8-1)的兩端嵌接在一起的單模光纖(8-2)組成，少模光纖(8-1)的纖芯直徑大于單模光纖(8-2)纖芯直徑；少模光纖(8-1)與單模光纖(8-2)連接的兩個(gè)端面之間形成F-P腔，F(xiàn)-P腔受到溫度或應(yīng)力作用時(shí)，F(xiàn)-P腔腔長(zhǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致形成的F-P干涉條紋發(fā)生變化，F(xiàn)-P腔對(duì)溫度或應(yīng)變的敏感系數(shù)與少模光纖光柵10不同，因此通過對(duì)F-P腔信號(hào)和少模光纖光柵10信號(hào)的聯(lián)合解調(diào)，即可同時(shí)得到溫度和應(yīng)變信號(hào)；

所述少模光纖(8-1)在彈簧梁(6)間懸空設(shè)置，單模光纖(8-2)在L-懸臂梁(7)與第二基座(2)間懸空設(shè)置，少模光纖(8-1)及單模光纖(8-2)的懸空處分別刻有少模光纖光柵(10)和單模光纖光柵(11)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器，其特征在于：所述少模光纖光柵(10)和單模光纖光柵(11)的反射光譜不相互重疊。

3.一種少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器的工作方法，具體操作步驟如下：

步驟一、將權(quán)利要求1中提出的少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器通過通孔(3)用螺釘固定在待測(cè)物體表面；

步驟二、測(cè)量應(yīng)變信號(hào)及溫度信號(hào)

測(cè)量應(yīng)變信號(hào)時(shí)，權(quán)利要求1中提出的彈簧梁(6)發(fā)生彎曲，對(duì)少模光纖(8-1)和少模光纖光柵(10)產(chǎn)生壓縮或拉伸作用力，同時(shí)少模光纖(8-1)和少模光纖光柵(10)也受到環(huán)境溫度變化影響，因少模光纖(8-1)的纖芯直徑大于單模光纖(8-2)纖芯直徑，由此在少模光纖(8-1)的前后端面形成F-P腔，F(xiàn)-P腔受到溫度或應(yīng)力作用時(shí)，F(xiàn)-P腔腔長(zhǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致形成的F-P干涉條紋發(fā)生變化，F(xiàn)-P腔對(duì)溫度或應(yīng)變的敏感系數(shù)與少模光纖光柵(10)不同，因此通過對(duì)F-P腔信號(hào)和少模光纖光柵(10)信號(hào)的聯(lián)合解調(diào)，即可同時(shí)得到溫度和應(yīng)變信號(hào)；

步驟三、測(cè)量振動(dòng)信號(hào)

測(cè)量振動(dòng)時(shí)，L-懸臂梁(7)隨之產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而傳遞給單模光纖光柵(11)；相對(duì)于振動(dòng)，環(huán)境中的溫度變化緩慢，因此對(duì)單模光纖光柵(11)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換即可將溫度信號(hào)排除，得到振動(dòng)信號(hào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種少模光纖光柵三參量復(fù)合傳感器的工作方法，其特征在于：所述步驟二中對(duì)F-P腔信號(hào)和少模光纖光柵(10)信號(hào)的聯(lián)合解調(diào)，同時(shí)得到溫度和應(yīng)變信號(hào)的方法為：

假設(shè)F-P腔對(duì)溫度和應(yīng)變的靈敏系數(shù)分別為α_T、α_ε，少模光纖光柵(10)對(duì)溫度和應(yīng)變的靈敏系數(shù)分別是β_T、β_ε，α_T、α_ε均為已知，在受到溫度和應(yīng)變影響時(shí)，輸出信號(hào)可表示為：

其中，λ_F-P代表F-P腔信號(hào)，λ_FBG代表少模光纖光柵(10)信號(hào)；

通過對(duì)方程組(1)的求解，即可得到T、ε，即溫度和應(yīng)變信號(hào)。