[发明专利]一种基于FBG对的温度应变双参数测量系统

说明书

本发明公开一种基于FBG对的温度应变双参数测量系统，包括扫频激光器(1)、光分路器(2)、多路检测通道、信号处理与控制模块(8)；所述多路检测通道包括若干检测通道，每路检测通道包括光环形器(3)、光电探测器(6)和A/D采集模块(7)，其中一路包括标准气体吸收池(4)，其余每路均包括光纤传感器(5)。本发明采用了制作工艺相对简单的FBG对结构，可同时对同一位置处的温度和应变进行双参数测量，并且利用光纤光栅和光纤法珀的传感特性，提高了所测单参数的精度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种基于FBG对的温度应变双参数测量系统。

背景技术

随着光纤传感技术的发展，对于温度与应变双参数的测量逐渐成为该领域较为关注的研究内容。近年来，多种基于光纤的双参数测量方案已经应用于大型建筑安全检测、电力电缆状态监测和石油管道裂缝监测等。

光纤光栅传感器可通过解调反射谱峰值中心波长偏移量，实现对待测物理量的测量，其具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、灵敏度高、复用能力强等诸多优点，非常适合于极端环境下温度和应变的测量。但由于在温度测量过程中往往伴随着由热膨胀引起的应变，因此仅仅考虑单参量将难以达到理想的测量精度。目前，将光纤光栅和光纤法珀传感器结合起来同时测量温度与应变参数，受到了越来越多学者的关注。但现有的传感器存在结构复杂，制作工艺难度大等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FBG对的温度应变双参数测量系统，包括扫频激光器、光分路器、多路检测通道、信号处理与控制模块。

所述扫频激光器向光分路器发送激光；

所述光分路器将输入激光按等分光比分为多路，并分别输入到多路检测通道中；

所述多路检测通道接收由光纤传感器反射的反射光信号，并对所述反射光信号进行预处理，得到处理后的反射信号；

所述多路检测通道包括若干检测通道；每一路检测通道均包括光环形器、光电探测器、A/D采集模块，其中一路检测通道包括标准气体吸收池，其余每路检测通道均包括光纤传感器；

所述光环形器第一端口用于接收由光分路器输出的光信号，所述光环形器第二端口将光信号输出至光纤传感器中，并接收由光纤传感器反射的光信号，最终由所述光环形器的第三端口输出；

所述标准气体吸收池完成扫频光源光谱标定；

所述光纤传感器通过粘贴在被测物体上；

所述光电探测器采集光环形器第三端口输出的反射光信号，并将反射光信号转换为电信号；所述光电探测器将电信号发送至A/D采集模块；

所述A/D采集模块对采集到的电信号进行模数转换；

所述信号处理与控制模块根据处理后的数字信号计算得到被测物体的温度与应变双参数。

所述多路检测通道对反射光信号进行预处理的步骤包括：

1)利用光电探测器将反射光信号转换为电信号；

2)利用A/D采集模块将采集到的电信号进行模数转换，得到反射信号。

所述光纤传感器为由FBG对形成的光纤法珀传感器。

所述光纤传感器包括两个规格相同、间距为d的短光纤光栅；两个短光纤光栅之间的等效间隙为本征型光纤法珀腔；所述两个短光纤光栅构成两个相同的光纤光栅传感器，所述两个短光纤光栅及其两者之间的等效本征型光纤法珀腔构成光纤法珀传感器。

所述光纤法珀腔的腔长变化量ΔL与温度变化量ΔT、光纤法珀传感器应变变化量Δε₁之间的关系如下所示：