[实用新型]高精度光纤光栅应变测量系统

说明书

一种高精度光纤光栅应变测量系统，包括：有源光纤光栅电路、相位调制电路、环形器、光电转化电路以及声光移频电路，通过用于应变传感的DFB‑FL发出的种子激光通过相位调制电路产生边带，再经过声光移频后注入用于温度参考的DBR‑FL，从而得到反映DFB‑FL与DBR‑FL的激光中心频率偏差的误差信号，再根据误差信号得到种子激光与DBR‑FL的频率偏差的线性关系，从而通过闭环反馈控制实现相位调制光外差锁频。本实用新型可以同时实现高精度的动态与静态应变测量，而且无需额外的窄线宽激光器与相应的激光稳频系统，大大降低了系统成本与复杂度。

技术领域

本实用新型涉及的是一种光纤传感领域的技术，具体是一种静态应变精度达到276pε、动态应变的精度达到450fε的光纤光栅应变测量系统。

背景技术

现有的动态应变测量通过周期性信号实现自我参考，外界环境的干扰噪声越往高频越低，因而通过光纤光栅传感器可以较为容易地实现很高的动态应变精度。然而针对随机信号的静态应变测量，必须另外提供稳定的光学频率参考；而且外界环境干扰如温度变化的能量大部分集中在低频段。这些因素使得静态应变测量变得非常困难。

在现有的光纤光栅静态应变测量系统中，常用一种方法是将一台窄线宽激光器频率锁定在超稳定的光学频率参考上，然后再用该稳频后的激光器来检测光纤光栅传感器的谐振频率偏移。但该技术只能测量准静态信号；对于更缓慢的静态应变测量，必须另外补偿温度漂移。另有通过附加光纤光栅传感器当作温度参考，即先将窄线宽激光器锁定在温度参考光纤光栅上，再检测另一个光纤光栅应变传感器的谐振频率漂移，该技术虽然可以测量静态应变，但其必须使用窄线宽高性能的激光器，成本高；该技术的实现需要至少包含两个子系统，包括激光稳频系统与传感器检测系统，系统十分复杂；该技术在检测过程中损失了动态应变精度且所采用的传感器采样率难以满足检测需要。

实用新型内容

本实用新型针对现有光纤光栅传感技术结构过于复杂、传感器的采样率及动态应变精度无法适应检测要求等缺陷，提出一种高精度光纤光栅应变测量系统，能够同时实现高精度静态应变和动态应变测量，通过采用相位调制光外差锁频技术与注入锁定技术，以此来解调有源光纤光栅传感器输出激光的中心频率漂移。本实用新型可以同时实现高精度的动态与静态应变测量，而且无需额外的窄线宽激光器与相应的激光稳频系统，大大降低了系统成本与复杂度。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括：有源光纤光栅电路、相位调制电路、环形器、光电转化电路以及声光移频电路，其中：有源光纤光栅电路的输出端依次经相位调制电路、声光移频电路和环形器连接至有源光纤光栅电路的输入端，有源光纤光栅电路的返回光输出端依次经环形器、光电转化电路和声光移频电路相连。

所述的有源光纤光栅电路包括：泵浦激光器以及分别与之相连的分布式反馈光纤激光器(DFB-FL)和分布式布拉格反射光纤激光器(DBR-FL)，其中：DFB-FL的输出端为有源光纤光栅电路的输出端，有源光纤光栅电路的输入端和返回光输出端即为DBR-FL的输入端和输出端，DFB-FL发出的种子激光通过相位调制电路产生边带经过声光移频后注入DBR-FL中，DBR-FL输出的光再通过环形器单方向进入光电转换电路进行光电转换，锁相放大器从光电转换电路输出的电信号中提取实时反映DFB-FL与DBR-FL的激光中心频率偏差的误差信号，声光移频电路根据误差信号产生相应的移频量实现有源光纤光栅的注入锁定，该移频量代表了传感器上施加的应变，即系统的输出。

所述的有源光纤光栅电路中进一步设有分别与DFB-FL和DBR-FL相连的波分复用器。

所述的泵浦激光器优选为功率稳定的1480nm泵浦激光器，对应的波分复用器优选为1480/1550nm波分复用器。

所述的DFB-FL和DBR-FL为刻写在掺铒光纤上的光纤光栅谐振腔，通过泵浦功率激发释放波长为1550nm的激光。