[发明专利]基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法。以FPI腔长的变化值与待测传感器光纤长度的比值作为标准应变值，由标准应变值和温度补偿后光纤光栅应变传感器的应变值，得到了光纤光栅应变传感器的测量精度。本发明一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法可实现优于5με的光纤应变传感器的精度计量测试，便于光纤光栅传感技术实现对关键部位结构健康监测的高精度测量应用。

技术领域

本发明属于光纤光栅测量技术领域，特别涉及一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法。

背景技术

与传统电学传感系统相比，光纤光栅传感系统具有体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、电气绝缘、多传感器复用等优点。光纤光栅传感系统的优点使它在航空航天、工程结构监测、电力、石油化工、海洋、医学等多领域都得到了广泛应用。

在工程应用中，应变传感器的精度测量直接影响重要结构的关键部位的结构健康监测，当前光纤光栅应变传感器应变精度测量方法是基于等弯矩梁和拉伸的方案，需要将光栅粘贴在弯矩梁和拉伸试件上，对粘贴工艺依赖性大，且容易损坏光栅栅区，难于实现高精度测量和可重复使用的目标。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法，通过由FPI谐振腔的腔长的变化值得到的标准应变值和温度补偿后光纤光栅应变传感器的应变值，得到了光纤光栅应变传感器的测量精度。本发明一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置及方法可实现优于5με的光纤应变传感器的精度计量测试，便于光纤光栅传感技术实现对关键部位结构健康监测的高精度测量应用。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FPI干涉仪的光纤光栅应变传感器精度测量装置，包含光路系统和解调系统；

光路系统包括高精度位移台，FPI谐振腔，光纤和光纤光栅温度传感器；

所述待测光纤光栅应变传感器设于光纤上；

高精度位移台使光纤产生拉伸，进而使光纤光栅应变传感器产生应变，同时使FPI谐振腔腔长产生大小相等，方向相反的变化，光纤光栅应变传感器的应变引起应变传感器光纤光栅中心波长的变化，FPI谐振腔腔长的变化引起FPI谐振腔干涉光谱的变化；

环境温度变化引起光纤光栅温度传感器和待测光纤光栅应变传感器中心波长的变化；

解调系统用于获取FPI谐振腔的干涉光谱，并根据干涉光谱得到FPI腔长的变化值；解调系统用于获取光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器的中心波长，并通过中心波长得到经温度补偿后光纤光栅应变传感器的应变值；

解调系统根据FPI腔长的变化值得到标准应变值，进而根据标准应变值和经温度补偿后光纤光栅应变传感器的应变值，得到光纤光栅应变传感器的测量精度；所述标准应变值为FPI腔长的变化值与所述光纤拉伸前长度的比值。

进一步的，光路系统还包括光学平台；

所述FPI谐振腔由固定件和移动件构成；所述固定件固定在光学平台的第一端；移动件与高精度位移台固定连接；光纤第一端与光学平台的第二端固定连接，光纤第二端与高精度位移台固定连接；

所述FPI谐振腔的腔长方向与光纤光栅应变传感器的轴向处于同一直线L₀上；所述高精度位移台可沿所述直线L₀移动；

所述光学平台在直线L₀的尺寸＞1m。

进一步的，所述高精度位移台沿所述直线L₀移动的最大距离≥1cm，步进间隔≤1μm；