[发明专利]双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法

说明书

本发明提供一种基于双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法。经理论推导得出计算受轴向应变后的双折射光纤绝对长度的表达式,结果表明:由任意连续4个相邻的波谷波长、双折射光纤初始长度、光纤初始双折射率和双折射应变系数,便可计算受轴向应变后的双折射光纤绝对长度，并以此计算所受应变大小。通过公认传统表达式计算相邻波谷波长，并与绘制图形的方式得到的结果一致,以此保证计算4个相邻波谷波长的正确性。将4个相邻波谷波长代入本专利推导的表达式计算绝对长度，从而计算应变。该方法无需人为判断,只需找到光谱中的任意连续4个相邻波谷对应的波长,便可计算应变大小。有助于促进传感器与计算机有效对接,实现在线实时测量。

技术领域

本发明涉及一种基于双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法。

背景技术

双折射光纤环镜(Birefringence fiber loop mirror,简记为Bi-FLM)传感器由于其具有偏振无关、高消光比、抗外界环境干扰、制造简单、性能稳定、价格低廉等优良特性,在光纤传感领域的应用引起了学者的广泛关注,已成功应用于压力、温度、应变、位移、弯曲、扭矩等测量。

由于强度解调受光源稳定性影响较大,目前Bi-FLM传感器绝大部分采用波长解调,即根据波长的相对变化量来推算传感量的大小。申请人曾实验得到Bi-FLM应变传感器0με时的波形如图1实线所示,当传感光纤产生100με时,波形如图1虚线所示,选择0με时监测点为A,根据图中虚线,无法自动确定A点是左移到B点,还是右移到C点,在人工测量时,可以根据经验：100με是较小的应变,不可能从A点右移到C点,产生如此大的波长变化量△λ。或人为判断是正应变还是负应变,从而决定A点是左移到B点,还是右移到C点,但若实施计算机在线实时测量,则无从判断。Bi-FLM传感器的测量原理是:外界条件变化使双折射光纤长度和双折射率发生变化,导致相角改变,从而使干涉光谱随之变化,以实现对外界条件变化的传感。当相角变化超过2π时,信号周而复始,如图中的虚线,若实施计算机在线实时测量,则无从判断是100με导致的相角变化△θ产生的干涉光谱,还是更大的应变导致的相角变化2nπ+△θ产生的干涉光谱,n为整数。

因此,基于波长相对变化量的测量方法无法自动确定传感量唯一大小,不利于在线实时测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法，只需找到光谱中的任意连续4个相邻波谷对应的波长,即可求解出应变,无需人为判断，可实现在线实时测量。

本发明的技术方案为：一种基于双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法，其步骤包括：

1)将光纤耦合器、双折射光纤、光源以及光谱仪构建成双折射光纤环境轴向应变传感器，其中，双折射光纤的两端分别与光纤耦合器的两个输出臂相连接，光源与光纤耦合器的输入臂相连接，光谱仪的输入端与光纤耦合器的干涉光谱输出端口相连接；

2)将双折射光纤粘贴在被测物体上，记下双折射光纤初始长度L₀、双折射光纤初始双折射率B₀和双折射应变系数k；

3)待被测物体承受轴向应变后，此时双折射光纤所受应变即为被测物体所受应变，通过光谱仪测量双折射光纤环镜干涉光谱；

4)通过计算机编程找到任意4个相邻的波谷波长；

5)代入公式

计算双折射光纤受轴向应变后的绝对长度；

6)将L'、L₀代入算出双折射光纤所受应变大小，即为被测物体的轴向应变值。