[发明专利]一种振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于多模光纤散斑图谱的振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质，包括：激光光源、单模导引光纤、多模传感光纤、图像传感器、数据处理模块以及夹持所述多模传感光纤的振动位移传感模块。本发明将归一化光强内积因子作为检测参量，并通过数据处理模块将其还原为外界的振动位移量，实现了通过检测光信号变化即可测量振动位移量的效果，本发明提供的测量系统不仅具有较高的检测灵敏度，而且对环境参量的抗干扰能力较强，同时本发明具有实现方法简单、计算量小、测量精度高的特点。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于多模光纤散斑图谱的振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，人类社会已经进入了高速发展的信息时代。光纤传感技术是随着光纤及通讯技术的发展而迅速发展起来的一门新兴技术。近年来，国内外对光纤传感技术的深入研究不断产生出新的技术创新点，并且在广泛的应用领域内形成了许多具有实际运用场景的科技成果。例如，采用内置的光纤传感器以及光电致动器等器件可以对多种设备或材料的机械特性、温度、电磁环境等重要影响因素实施智能监测，目前在航空航天、电力系统、高速铁路、大型桥梁、地震预测等工程技术领域中都需要监测和反馈重要的状态数据，以支持其正常运行和控制系统，而要实现对大型设备的状态监测和智能诊断，则需要运用具有高可靠性和可灵活配置的光纤传感技术。

目前，主要的两类光纤传感技术分别是干涉型光纤传感器和光强检测型光纤传感器。干涉型光纤传感器主要是基于光纤对若干种被测物理量敏感而造成的光传播相位或偏振态变化，虽然不同形式的干涉型光纤传感器一般都具有非常高的检测灵敏度，但它们通常都需要一段参考光纤作为干涉仪的基准参考臂，这使得光纤传感器的整体系统容易受到监测环境参数扰动的影响，比如温度和振动，而要消除或者补偿这些环境因素对测量准确度的影响，光纤传感系统则需要使用额外的更为复杂精密的器件设备；光强检测型光纤传感器是通过对经光纤传输的光强变化的测量来感知外界探测物理量，虽然其对环境因素参量并不敏感，但是它对目标探测物理量的灵敏度也大为不及干涉型光纤传感器，应用方面存在一定局限性。

另外，上述两种光纤传感器一般采用单模光纤传输，这种单模光纤易脆易损坏，在实际问题中难以可靠安装，且其耐用性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多模光纤散斑图谱的振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质，不仅可以具有和干涉型光线传感器相当的检测灵敏度，而且对环境参量的扰动不敏感，从而节约大量经济成本，且实现方法简单，操作方便。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质。

第一方面，本发明提供了一种振动位移量测量系统，所述系统包括：激光光源、单模导引光纤、多模传感光纤、图像传感器、数据处理模块以及夹持所述多模传感光纤的振动位移传感模块；

所述单模导引光纤连接于所述激光光源和所述多模传感光纤之间，用于接收所述激光光源发射的光信号，并将其导入所述多模传感光纤；

所述振动位移传感模块，用于调制所述多模传感光纤内部的光信号，得到调制信号；

所述图像传感器，用于捕捉所述调制信号，并处理所述调制信号得到光强场分布图像；

所述数据处理模块连接所述图像传感器，用于利用接收到的所述光强场分布图像计算光强内积因子，根据所述光强内积因子获取最大模间附加相位差，根据所述最大模间附加相位差得到所述多模传感光纤的形变量，根据所述形变量得到振动位移量。

在进一步的实施方案中，所述振动位移传感模块包括上下对称分布的活动隔层与固定隔层，还包括并列排布于所述活动隔层和所述固定隔层之间且相邻的第一层圆柱和第二层圆柱；