基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法技术

基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法，本发明专利技术属于光纤光栅传感器测量领域。它是为了解决现有光纤光栅传感器常用的解调技术中，在测量静态拉力时，光纤光栅不具有温度自动补偿功能，进而导致测量过程受温度影响的问题。本发明专利技术所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法，分束器将DFB激光器发出的窄带激光分成强度相同的两束激光，并分别经过两个光电探测器探测将光信号转化为电信号，数据处理模块将此电信号转化波长的调谐量，实现温度自动跟踪补偿；同时电压只与应力有关而与温度无关，从而使测量过程不会受温度影响。本发明专利技术适用于在光纤光栅传感器常用的解调技术中测量静态拉力或动态拉力。

【技术实现步骤摘要】
基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法
[0001 ] 本专利技术属于光纤光栅传感器测量领域。
技术介绍
由于光纤光栅具有灵敏度高、抗电磁干扰、可远程感测、易埋植、易贴敷等优良特性，因此在诸多领域得到了广泛的应用。DFB激光器分布式反馈激光器光纤光栅解调方法是光纤光栅传感器常用的解调技术，然而此解调方法在测量静态拉力时不能对温度进行自动补偿，因此限制了此方法的广泛使用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有光纤光栅传感器常用的解调技术中，在测量静态拉力时，光纤光栅不具有温度自动补偿功能，进而导致测量过程受温度影响的问题，现提供基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法。基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，它包括:DFB激光器、分光器、第一环形器、第二环形器、传感光纤光栅、匹配光纤光栅、第一光电探测器、第二光电探测器、数据处理模块和波长调制器；DFB激光器发出的激光入射到分光器中，分光器将该激光分成强度相同的两束激光;一束激光经第一环形器透射到传感光纤光栅中，经该传感光纤光栅反射的激光发送给第一环形器，经第一环形器透射后的激光束入射到第一光电探测器的光敏面上；另一束激光经第二环形器透射到匹配光纤光栅中，经该匹配光纤光栅反射的激光发送给第二环形器，经第二环形器透射后的激光束入射到第二光电探测器的光敏面上；第一光电探测器的信号输出端和第二光电探测器的信号输出端同时连接数据处理模块的信号输入端，数据处理模块器信号输出端连接波长调制器的信号输入端，波长调制器的信号输出端连接DFB激光器的信号输入端；数据处理模块中嵌入有软件实现的控制模块，该控制模块包括:根据第二光电探测器的输出电压V2,获得温度变化AT时,DFB激光器输出激光波长的调谐量的单元；根据第一光电探测器的输出电压V1，获得应力P的单元。基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力测量方法，该方法是基于下述装置实现的，所述装置包括:DFB激光器、分光器、第一环形器、第二环形器、传感光纤光栅、匹配光纤光栅、第一光电探测器和第二光电探测器；DFB激光器发出的激光入射到分光器中，分光器将该激光分成强度相同的两束激光；一束激光经第一环形器透射到传感光纤光栅中，经该传感光纤光栅反射的激光发送给第一环形器，经第一环形器透射后的激光束入射到第一光电探测器的光敏面上；另一束激光经第二环形器透射到匹配光纤光栅中，经该匹配光纤光栅反射的激光发送给第二环形器，经第二环形器透射后的激光束入射到第二光电探测器的光敏面上；所述基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力测量方法包括以下步骤:步骤一:待测应力P径向作用于传感光纤光栅，开启DFB激光器，获得第二光电探测器的输出电压V2 ;然后执行步骤二 ；步骤二:根据步骤一获得的第二光电探测器的输出电压V2，获得温度变化AT时，DFB激光器输出激光波长的调谐量，然后执行步骤三；步骤三:根据步骤二获得的波长的调谐量对DFB激光器输出的激光进行调谐，然后执行步骤四；步骤四:采集第一光电探测器的输出电压V1，根据下述公式:V^k110 (1-Pe) A10P/(2E) +^10 ^: A 10/2+B ^:求解待测应力P，实现对应力的测量；其中，^ I表不第一光电探测器的光电转换因子A表不传感光纤光栅的反射率下降沿的斜率do表示DFB激光器输出激光的光强；B为常数；Pe表示有效光弹系数，E为弹性模量，\ 10表不表不传感 本专利技术所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法，通过分束器将DFB激光器发出的窄带激光分成强度相同的两束激光，两束激光分别通过传感光纤光栅和匹配光纤光栅反射，两束反射光分别经过两个光电探测器探测，其中第一光电探测器将光信号转化为电信号由不波器显不；第二光电探测器将光信号转化为电信号，数据处理模块将此电信号转化为DFB激光器波长的调谐量，通过波长调谐器调节DFB激光器的波长，实现温度自动跟踪补偿；在测量静态拉力时，电压只与应力有关而与温度无关，温度同时作用于传感光纤光栅和匹配光纤光栅时，匹配光栅调节DFB激光器的波长，使传感光纤光栅、匹配光纤光栅的反射谱平移量和DFB激光器波长平移量相同，从而使测量过程不会受温度影响。本专利技术所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器及应力测量方法，适用于在光纤光栅传感器常用的解调技术中测量静态拉力或动态拉力。【附图说明】图1为基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器的结构示意图。图2为传感光纤光栅和匹配光纤光栅的反射光谱图，其中曲线I为传感光纤光栅的反射光谱曲线，曲线2为匹配光纤光栅的反射光谱曲线，直线DFB为DFB激光器的光谱。图3为基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力测量方法的流程图。【具体实施方式】【具体实施方式】一:参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，它包括:DFB激光器1、分光器2、第一环形器3、第二环形器4、传感光纤光栅5、匹配光纤光栅6、第一光电探测器7、第二光电探测器9、数据处理模块10和波长调制器11;DFB激光器I发出的激光入射到分光器2中，分光器2将该激光分成强度相同的两束激光；一束激光经第一环形器3透射到传感光纤光栅5中，经该传感光纤光栅5反射的激光发送给第一环形器3，经第一环形器3透射后的激光束入射到第一光电探测器7的光敏面上；另一束激光经第二环形器4透射到匹配光纤光栅6中，经该匹配光纤光栅6反射的激光发送给第二环形器4，经第二环形器4透射后的激光束入射到第二光电探测器9的光敏面上；第一光电探测器7的信号输出端和第二光电探测器8的信号输出端同时连接数据处理模块10的信号输入端，数据处理模块器10信号输出端连接波长调制器11的信号输入端，波长调制器11的信号输出端连接DFB激光器I的信号输入端；数据处理模块10中嵌入有软件实现的控制模块，该控制模块包括:根据第二光电探测器9的输出电压V2,获得温度变化A T时，DFB激光器I输出激光波长的调谐量的单元；根据第一光电探测器7的输出电压V1，获得应力P的单元。【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器作进一步说明，本实施方式中，它还包括:示波器8，第一光电探测器7的波形信号输出端连接示波器8的波形信号输入端。【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器作进一步说明，本实施方式中，所述DFB激光器I所发出激光的带宽在0.008pm至0.012pm之间。【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器作进一步说明，本实施方式中，所述分光器2的分光比为1:1。【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器作进一步说明，本实施方式中，第一环形器3和第二环形器4为完全相同的环形器。【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】一或二所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器作进一步说明，本实施方式中，传感光纤光栅5和匹配光纤光栅6的反射光谱宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，它包括：DFB激光器（1）、分光器（2）、第一环形器（3）、第二环形器（4）、传感光纤光栅（5）、匹配光纤光栅（6）、第一光电探测器（7）、第二光电探测器（9）、数据处理模块（10）和波长调制器（11）；DFB激光器（1）发出的激光入射到分光器（2）中，分光器（2）将该激光分成强度相同的两束激光；一束激光经第一环形器（3）透射到传感光纤光栅（5）中，经该传感光纤光栅（5）反射的激光发送给第一环形器（3），经第一环形器（3）透射后的激光束入射到第一光电探测器（7）的光敏面上；另一束激光经第二环形器（4）透射到匹配光纤光栅（6）中，经该匹配光纤光栅（6）反射的激光发送给第二环形器（4），经第二环形器（4）透射后的激光束入射到第二光电探测器（9）的光敏面上；第一光电探测器（7）的信号输出端和第二光电探测器（8）的信号输出端同时连接数据处理模块（10）的信号输入端，数据处理模块器（10）信号输出端连接波长调制器（11）的信号输入端，波长调制器（11）的信号输出端连接DFB激光器（1）的信号输入端；数据处理模块（10）中嵌入有软件实现的控制模块，该控制模块包括：根据第二光电探测器（9）的输出电压V2，获得温度变化ΔT时，DFB激光器（1）输出激光波长的调谐量的单元；根据第一光电探测器（7）的输出电压V1，获得应力P的单元。...

【技术特征摘要】
1.基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，它包括:DFB激光器(I)、分光器(2)、第一环形器(3)、第二环形器(4)、传感光纤光栅(5)、匹配光纤光栅(6)、第一光电探测器(7 )、第二光电探测器(9 )、数据处理模块(10 )和波长调制器(11); DFB激光器(I)发出的激光入射到分光器(2 )中，分光器(2 )将该激光分成强度相同的两束激光； 一束激光经第一环形器(3 )透射到传感光纤光栅(5 )中，经该传感光纤光栅(5 )反射的激光发送给第一环形器(3)，经第一环形器(3)透射后的激光束入射到第一光电探测器(7)的光敏面上； 另一束激光经第二环形器(4)透射到匹配光纤光栅(6)中，经该匹配光纤光栅(6)反射的激光发送给第二环形器(4)，经第二环形器(4)透射后的激光束入射到第二光电探测器(9)的光敏面上； 第一光电探测器(7)的信号输出端和第二光电探测器(8)的信号输出端同时连接数据处理模块(10)的信号输入端，数据处理模块器(10)信号输出端连接波长调制器(11)的信号输入端，波长调制器(11)的信号输出端连接DFB激光器(I)的信号输入端； 数据处理模块(10)中嵌入有软件实现的控制模块，该控制模块包括: 根据第二光电探测器(9)的输出电压V2，获得温度变化AT时，DFB激光器(I)输出激光波长的调谐量的单元； 根据第一光电探测器 (7)的输出电压V1，获得应力P的单元。2.根据权利要求1所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，它还包括:示波器(8)，第一光电探测器(7)的波形信号输出端连接示波器(8)的波形信号输入端。3.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，所述DFB激光器(I)所发出激光的带宽在0.008pm至0.012pm之间。4.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，所述分光器(2)的分光比为1:1。5.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，第一环形器(3)和第二环形器(4)为完全相同的环形器。6.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，传感光纤光栅(5 )和匹配光纤光栅(6 )的反射光谱宽度相同。7.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，第一光电探测器(7)和第二光电探测器(9)的带宽均为5MHz。8.根据权利要求1或2所述的基于DFB激光器解调的双光纤光栅的应力传感器，其特征在于，第一光电探测器(7)的输出电压V1为: V1=Ic110 ^ ! (l-p E)入 10P/ (2E) +k山 3 !入 10/2+B 3 第二光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉强，张换男，赵洪，熊艳玲，曹桂源，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：