[发明专利]基于DFB激光器的FBG波长解调仪的温度和应变检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感及特性测试的技术领域，特别涉及某些特殊场合温度和应变的测量。

背景技术

温度是一个重要的物理量,对温度的准确测量和有效控制已成为科学研究和生产实践中的重要课题。许多时候更是需要知道某一方向的温度梯度或空间温度分布,进而实现分布式的温度测量成为测量领域研究的一个热点。分布式光纤测温系统只需要一根传感光纤,布线非常简单,且系统成本随着传感距离的增加大幅降低,是目前一种发展前景非常好的测温系统。

力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝和建筑物等的维护和健康状况的监测是非常重要的。光纤光栅传感器可以实现对应变的直接测量。通过测量桥梁、矿井、隧道、大坝和建筑物结构的应变分布，能够预知上述结构的载荷及健康状况。

用于温度和应变测量的传感器种类繁多,光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器具有体积小、抗电磁干扰、防腐蚀、传感信息量波长编码、易构成分布式测量系统实现网络化测量等独特优势，广泛应用于各行各业的温度及应变监测。大型电力设备正常运行时的电磁振动和故障状态下的瞬态结构应变、对防爆条件要求苛刻的化工设备故障诊断和石油管道泄露诱导的瞬态应变、弹道测试引起的环境波动等许多特殊场合，利用光纤光栅传感器波长信息变化完全可实现对其动态信号的监测。

在基于FBG传感器进行监测系统中，FBG波长信息解调是关键技术。通过对国内FBG解调仪研发公司销售调查，平均每年销售额在1亿人民币，随着市场需求逐年呈上升趋势。目前在常用的波长信息解调方法中，可调谐滤波法构成的解调系统复杂，精度受法-珀腔的稳定性及压电陶瓷的非线性影响，只适用于静态或准静态测量；干涉法虽然能提高检测灵敏度，但稳定性差，至今未有成品；匹配解调方法灵敏度高，但动态范围窄、易受环境温度影响。近几年，FBG波长解调仪在国内主要研究机构有上海紫珊、北京品傲、上海前所等十几所，研制的动态解调仪大多基于CCD散射法或F-P腔驱动原理，存在价格高20万元左右人民币、体积大、不能后续开发等不利因素。

发明内容

本发明的目的是为了解决桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物、大型电力设备和化工设备等特殊场合温度和应变的测量，以及采用可调谐滤波法构成的解调系统复杂、激光利用率低的问题。本发明提供了基于DFB激光器的FBG波长解调仪的温度和应变检测装置及方法。

基于DFB激光器的FBG波长解调仪的温度和应变检测装置，它包括可调谐DFB光源1、1×2光分路器2、F-P标准具3、1×4光分路器4、5路光放大电路5、数据采集器6、耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15、耦合器D16、端口台17、FBG传感器18和标准FBG19，端口台17上设置有RJ45以太网口7、CH1端口8、CH2端口9、CH3端口10、CH4端口11和AC220V端口12；

所述的AC220V端口12用于与外部交流220V供电电源连接，并且所述AC220V端口12同时与可调谐DFB光源1的电源输入端、5路光放大电路5的电源输入端和数据采集器6的电源输入端连接；

可调谐DFB光源1输出光信号至1×2光分路器2的光信号输入端，所述的1×2光分路器2的第一光信号输出端与F-P标准具3的光信号输入端连接，F-P标准具3的光信号输出端与5路光放大电路5的第五个光信号输入端连接；

1×2光分路器2的第二光信号输出端与1×4光分路器4的光信号输入端连接，

所述的1×4光分路器4的第一个光信号输出端输出的光信号经耦合器A13发送至CH1端口8.；1×4光分路器4的第二个光信号输出端输出的光信号经耦合器B14发送至CH2端口9；1×4光分路器4的第三个光信号输出端输出的光信号经耦合器C15发送至CH3端口10；所述的1×4光分路器4的第四个光信号输出端输出的光信号经所述的耦合器D16发送至所述的CH4端口11；

FBG传感器18和标准FBG19分别与CH1端口8、CH2端口9、CH3端口10、CH4端口11中的任意两个连接；

耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15和耦合器D16的输出端口依次与5路光放大电路5的第一、二、三和四光信号输入端连接；

所述的5路光放大电路5的电信号输出端与数据采集器6的电信号采集输入端连接，所述的数据采集器6的以太网通信端口与RJ45以太网口7连接。

耦合器A13、耦合器B14、耦合器C15和耦合器D16采用相同耦合器实现。

采用基于DFB激光器的FBG波长解调仪的温度和应变检测装置实现温度检测的方法：