[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器测量领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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ΔT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ΔT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：

V₁=k₁I₀β₁(1-P_ε)λ₁₀P/(2E)+k₁I₀β₁λ₁₀/2+Bβ₁

求解待测应力P，实现对应力的测量；

其中，β₁表示第一光电探测器的光电转换因子；k₁表示传感光纤光栅的反射率下降沿的斜率；I₀表示DFB激光器输出激光的光强；B为常数；P_e表示有效光弹系数，E为弹性模量，λ₁₀表示表示传感光纤光栅反射谱线性区间的中心波长。