[发明专利]准分布式光纤温度、应力传感器及检测仪

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体涉及一种准分布式光纤温度、应力传感器及检测仪。

背景技术

温度、应力的实时监测在工程上有重要的意义。密集的温度、应力信息采集可以应用于大型建筑的健康状况分析与维护；也可以用于某些大型机械设备的性能监测，如飞机、轮船；还可以用于对地壳活动的监测。传统的利用光纤的时域后向散射实现的分布式传感可以实现分布式测量，且结构简单，成本较低，但很难获得足够高的灵敏度。近来有报道基于光纤后向散射光的相位变化实现的分布式应力、温度传感，达到了非常高的灵敏度，然而这种方法对光源的稳定性要求极高，信号处理过程中需要大量工作来消除噪声和干扰，难以作为一种实用的解决方案。

另外，基于布拉格光纤光栅FBG串联构成的准分布式应力温度传感器已经得到了广泛研究。但是利用FBG对形成的法布里-珀罗F-P谐振腔来实现准分布式传感却几乎没有。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、灵敏度高的温度、应力传感器及其检测仪。

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、灵敏度高的温度、应力传感器，其原理是，不同腔长的F-P谐振腔的反射率曲线在光谱范围内会出现周期性变化，变化周期取决于腔长，利用这一特点可以区分所串联的每一对FBG，简单地实现信号的解调。由一个FBG对构成的F-P谐振腔，反射系数为：

r(λ)=r1(λ)+r2(λ)eiδ(λ)1+r1(λ)r2(λ)eiδ(λ)---(1)]]>

其中λ为某一波长，r₁(λ)、r₂(λ)分布为在该波长处两个FBG的反射率，在本发明里可以视为相等，δ(λ)为该波长处F-P谐振腔对应的相位厚度，决定于两个FBG之间的光纤长度，并受外界所施加的应力和温度影响。

根据上式做出反射系数在光源光谱范围内的曲线，由于e^iδ(λ)因子的存在，反射率有一个周期性的变化，变化周期与腔长近似成反比。

基于上述原理，本发明的准分布式光纤温度、应力传感器，包括至少两个串行的布拉格光纤光栅，其特征在于，两个相邻的布拉格光纤光栅构成的一个法布里-珀罗谐振腔，一个法布里-珀罗(F-P)谐振腔为一个传感单元。

进一步的，所述法布里-珀罗谐振腔为多个，每个法布里-珀罗谐振腔的长度均不相等。

更加优化的，所述布拉格光纤光栅的栅区长度大于一个光栅周期、小于1毫米。

所述传感单元直接通过相位掩膜法刻写在普通单模光纤上。