[发明专利]双折射光纤环镜应变传感器在线测量方法

说明书

本发明提供一种双折射光纤环镜应变传感器在线测量方法，通过任意连续的2个相邻波谷波长、2个相邻波峰波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数可计算双折射光纤所受应变大小。选取典型通讯波长1550nm、1310nm附近的波长，应用本计算方法计算的应变均与给定应变基本吻合。根据干涉光谱波谷波长、波峰波长的相对位置蕴含着应变信息的特点，与初始相角无关，可以剔除外界干扰，提高测量精度。该方法无需人为判断，有助于实现计算机在线测量。且该方法需要的信息量较小，可以实现短Bi‑FLM传感器的在线测量。本申请研究结果对Bi‑FLM各类传感器实现计算机在线测量，提高测量精度具有指导意义。

技术领域

本发明涉及一种双折射光纤环镜应变传感器在线测量方法。

背景技术

双折射光纤环镜(Birefringence fiber loop mirror，Bi-FLM)传感器具有低成本，易于制造，极化独立，不受电磁干扰等优点，已成功应用于应变、振动、扭矩等各类传感器。目前，该传感器多通过波长解调的方法实现离线测量，即根据Bi-FLM干涉光谱波长的相对变化量来推算传感量的大小。由于干涉光谱是周期性信号，需要人为判断外界传感量的变化是导致干涉光谱左移还是右移，需要人为判断是较小外界传感量产生较小相角变化导致的干涉光谱平移，还是较大外界传感量产生较大相角的周而复始的干涉光谱，不利于实施传感器的在线测量。且在测试过程中外界干扰容易改变干涉光谱的初始相角，导致干涉光谱平移，从而改变波长的相对变化量，基于波长解调的方法无法区分是干扰还是外界传感量的变化导致的波长相对变化，致使测量精度下降。也有学者基于强度解调原理实现Bi-FLM传感器在线测量，即将Bi-FLM传感器的光信号强度通过光电转换器转换为电信号，通过监测电信号的变化反推光信号的变化，从而反推外界传感量的变化。由于强度解调受光源稳定性影响较大，因此该方法精度较低。

申请人在之前的专利申请(CN 201810656015)中公开了通过任意4个相邻波谷波长及双折射光纤初始条件计算应变大小的方法，该方法无需人为判断，有助于促进传感器与计算机有效对接，实现在线测量。且与初始相角无关，因此可以剔除外界干扰，提高测量精度。但该方法需要4个相邻波谷的波长，包含3个周期的干涉波形，需要的信息量较多。双折射光纤长度越短，则Bi-FLM干涉光谱周期越大，在一定的光源波长范围内，光纤长度较短的Bi-FLM可能没有足够的波谷点(4个)，导致无法计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种双折射光纤环镜应变传感器在线测量方法，通过任意连续的2个相邻波谷波长、2个相邻波峰波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数即可计算得到双折射光纤所受应变大小。

本发明的技术方案为：一种双折射光纤环镜应变传感器在线测量方法，其步骤包括：

1)将光纤耦合器、双折射光纤、光隔离器以及光谱仪构建成双折射光纤环境轴向应变传感器测量系统，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，入射光经光隔离器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连续的2个相邻波谷波长λ_n和λ_n+1、2个相邻波峰波长λ'_n和λ'_n+1；

5)代入公式

计算n值；