[發(fā)明專利]一種連續(xù)波空間域光纖光柵腔衰蕩傳感器系統(tǒng)解調(diào)方法

有效

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• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111896036B
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐藝文;成純富;陳嘉軒;陳文嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 武漢華強專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42237
• 代理人: 溫珊姍;王冬冬

本發(fā)明公開了一種連續(xù)波空間域光纖光柵腔衰蕩傳感器系統(tǒng)解調(diào)方法，包括：步驟一，使寬帶光源發(fā)射的連續(xù)光在光纖光柵衰蕩腔內(nèi)來回振蕩，在光電平衡探測器處獲得頻移干涉差分電信號；步驟二，利用數(shù)據(jù)采集處理單元對電信號進行采集，經(jīng)過快速傅里葉變換、峰值提取和指數(shù)擬合處理，獲得系統(tǒng)的本征衰蕩距離；步驟三，將待測參量作用于任一光纖光柵上，依次改變其大小，重復(fù)步驟二，獲取對應(yīng)的一系列衰蕩距離；步驟四，計算衰蕩距離倒數(shù)相對于本征衰蕩距離倒數(shù)的變化量，繪制其隨待測參量變化的曲線，由曲線斜率求出待測參量。本發(fā)明采用兩個同波長同帶寬的光纖光柵形成光纖光柵衰蕩腔，不僅能降低成本、獲得高靈敏度，而且能實現(xiàn)對溫度的自動補償。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)波空間域光纖光柵腔衰蕩傳感器系統(tǒng)解調(diào)方法。

背景技術(shù)

光纖光柵是一種以光纖為媒質(zhì)、光信號為載體的傳感器，具有尺寸小，電絕緣、抗電磁干擾，響應(yīng)快，易組網(wǎng)和可遠程監(jiān)測等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、航空航天、船舶航運和石油化工等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的光纖光柵傳感器主要基于波長解調(diào)法，需要采用昂貴的光譜分析儀或復(fù)雜的波長解調(diào)設(shè)備。由于光譜分析設(shè)備的分辨率有限，光纖光柵傳感器的測量精度和靈敏度都比較低。為了解決這個問題，近年來已經(jīng)出現(xiàn)了一些采用傳統(tǒng)的光纖腔衰蕩光譜技術(shù)實現(xiàn)光纖光柵傳感解調(diào)的報道，提高了測量精度和靈敏度。例如，Chuiji Wang等人提出了一種基于傳統(tǒng)光纖腔衰蕩技術(shù)的光纖光柵溫度傳感器。這種傳感器利用光纖腔的循環(huán)衰減大大延長了信號光與外界相互作用的時間，提高了測量靈敏度，同時將探測光柵中心波長的移動轉(zhuǎn)化為探測脈沖光在衰蕩腔內(nèi)的衰減速度即衰蕩時間的變化，提高了測量精度提高了測量精度，也避免了光譜分析儀的使用。隨后Daqing Tang等人^[1]采用這種技術(shù)實現(xiàn)了氣體壓力的監(jiān)測，獲得的靈敏度為-0.384ms/MPa，比光譜分析儀的解調(diào)結(jié)果提高了79倍。Atsushi Yarai等人^[2]提出基于光纖腔衰蕩技術(shù)的光纖溫度傳感器，在溫度20.0℃時獲得了0.02℃的探測極限，相比以往技術(shù)至少提高了5倍。雖然這類技術(shù)在一定程度提高了測量精度和靈敏度，但是測量的都是脈沖光在衰蕩腔內(nèi)的衰減速率(即衰蕩時間常數(shù))，需要采用脈沖激光器或電光調(diào)制器、高速光電探測器和高速數(shù)據(jù)采集儀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本難以進一步降低，在實際應(yīng)用中受到很大限制。此外，以上解調(diào)技術(shù)均無法克服外界環(huán)境溫度對光纖光柵傳感器系統(tǒng)的影響。光纖光柵不僅對應(yīng)力、應(yīng)變和壓強等敏感，對溫度也特別敏感，溫度的變化會引起光纖光柵中心波長的漂移。因此為了能更準確地測得作用在光纖光柵上的應(yīng)力、應(yīng)變和壓強等參量，必須消除外界溫度的交叉干擾，從而提高系統(tǒng)的測試精度。

文中涉及如下參考文獻：

[1]Daqing Tang,Dexing Yang,Yajun Jiang,et al.Fiber loop ring-downoptical fiber grating gas pressure sensor.Optics and Lasers in Engineering,2010,48(12):1262-1265.

[2]AtsushiYarai,Katsuyuki Hara.Resolution enhancement of fiber Bragggrating temperature sensor using a cavity ring-downtechnique.Japanese Journalof Applied Physics,2018,57(2):028002.

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種靈敏度高、成本低、精度高的連續(xù)波空間域光纖光柵腔衰蕩傳感器系統(tǒng)解調(diào)方法。