一種可提高精度和穩定性的光纖光柵測量裝置的製作方法

2023-05-17 21:15:51 1

本發明涉及光纖光柵測量技術領域，尤其涉及一種可提高精度和穩定性的光纖光柵測量裝置。

背景技術：

光纖光柵傳感技術是一種新型的光傳感技術，通過利用光柵的波長與溫度、應力等物理量在一定範圍內成線性關係的變化來做成各類傳感器。光纖光柵的測量原理就是在拉伸或壓縮光纖光柵，或者改變溫度等其他物理量，可以達到改變光纖光柵的周期L和有效折射率neff，從而達到改變光纖光柵的反射波長λB的目的。而且光纖光柵的中心波長的變化量和應變、溫度的變化量成線性關係。根據這樣的特性，可將光纖光柵製作成應變、溫度、壓力、加速度、位移等多種傳感器。光纖光柵信號處理器用於實時採集各光纖光柵傳感器的波長值，通過光柵傳感器波長變化量的大小推算出相應物理量(溫度、應力等)的改變大小。這樣就實現了物理量傳感檢測的目的。

光纖光柵傳感器具有抗電磁幹擾、高精度、高靈敏度、防水、抗腐蝕、耐久性長等特點，傳感器體積小、重量輕，便於鋪設安裝，將其植入監測對象中不存在匹配的問題，對監測對象的性能和力學參數等影響較小，適合大面積、長距離，多種類的綜合性的實時在線監測，是目前最先進的結構健康監測技術。雖然測量參數和定位精度都比較準確，但是由於光路唯一性、受力不均勻和溫度對中心波長偏移產生的影響，會降低最終測量結果的穩定性和精確性，現通過多通道採集和一種特殊的數據採集單元結構，來實現穩定性和精確性的提高。

因此，現有技術的上述問題亟待解決。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對現有技術的不足，實現了一種可提高精度和穩定性的光纖光柵測量裝置，該裝置由波長解調模塊、單模光纖和數據採集單元組成，其中波長解調模塊是用來對反射回來的中心波長進行解調，測量出中心波長的偏移量。單模光纖是用來傳輸光信號，而且不同的光纜對應的波長解調模塊的不同通道。數據採集單元是由特殊的環形光柵結構來組成的，通過溫度數據補償修正、位置結構數據精確互補和多通道採集，同時提高了光纖光柵測量系統的精度和穩定性。

本發明請求保護一種可提高精度和穩定性的光纖光柵測量裝置，該裝置包括：

波長解調模塊、三根單模光纜和數據採集單元；其中波長解調模塊通過三個通道接口分別和三根單模光纖相連，對應的三個不同的波長解調通道，三根單模光纖的另一端與數據採集單元相連；

波長解調模塊，包括寬帶光源、光開關和信息處理模塊；

寬帶光源，用於發射出寬譜光；

光開關，用於將寬譜光分為三路，並發送到三個通道接口；

信息處理模塊，用於接收由單模光纖中反射回來的不同的偏移波長，通過中心波長的偏移量來解調相應的測量物理量；

第一單模光纜與第二單模光纜，第三單模光纜平行設置；

數據採集單元由第一光路接口、第二光路接口、第三光路接口、第四光路接口、環形光柵結構和溫度檢測模塊組成；

第一光路接口，一端與第一單模光纖相連，另一端通過環形光柵結構從第三光路接口傳出；

第二光路接口，一端與第四單模光纖相連，另一端通過環形光柵結構從第四光路接口傳出；

第三光路接口和第四光路接口，另一端繼續向前延伸；

光柵環形結構，內部通過4個光路埠來傳輸兩路光信號；

溫度檢測模塊兩端分別與第二單模光纖相連，可檢測數據採集單元的溫度信息，對環形光柵結構內部的應變採集進行溫度補償和標定。

進一步的，環形光柵結構由2條光路和4個傳感器組成；

第一應變光柵傳感器，一端與第一單模光纖相連，另一端與第三應變光柵傳感器相連，第一應變光柵傳感器中心波長與第二應變傳感器相同；

第二應變光柵傳感器，一端與第三單模光纖相連，另一端與第四應變光柵傳感器相連，第二應變光柵傳感器中心波長與第一應變傳感器相同；

第三應變光柵傳感器，一端與第一應變光柵傳感器相連，另一端與第一單模光纖相連，第三應變光柵傳感器中心波長與第四應變傳感器相同；

第四應變光柵傳感器，一端與第二應變光柵傳感器相連，另一端與第三單模光纖相連，第四應變光柵傳感器中心波長與第三應變傳感器相同。

進一步的，溫度檢測模塊包括導熱介質和溫度光柵傳感器；導熱介質置於溫度光柵傳感器底部，溫度光柵傳感器與第二單模光纖相連；

導熱介質，用於整個數據採集單元實時溫度傳遞，使溫度光柵傳感器測量值更加精確；

溫度光柵傳感器，用於測量整個數據採集單元的實時溫度，對應變測量數據進行修正和補償。

進一步的，數據採集單元的另一端向後繼續向前延伸，可串接多個數據傳感單元。

與現有技術和產品相比，該發明具有顯著優點：

本發明提出了一種由特殊環形光柵結構實現的數據採集單元，同時將反射回來的測量值通過不同採集通道進行採集。環形光柵結構包括溫度傳感器和應變傳感器，溫度傳感器可對測量值進行修正補償，應變傳感器的位置結構使得最終應變測量數據精確互補，提高了整體的測量精度；不同通道的數據採集可提高整體系統的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明的系統結構示意圖。

圖2為本發明中數據採集單元的結構示意圖。

圖3為本發明數據採集單元中環形光柵結構的結構示意圖。

圖4為本發明數據採集單元中溫度傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。

如圖1所示，本發明請求保護的一種可提高精度和穩定性的光纖光柵測量裝置，該裝置包括：

波長解調模塊1、普通單模光纜(2,3,4)和數據採集單元5，其中波長解調模塊1通過三個通道接口分別和三根單模光纖(2,3,4)相連，對應的三個不同的波長解調通道，三根單模光纖(2,3,4)的另一端與數據採集單元5相連；

波長解調模塊1，包括寬帶光源、光開關和信息處理模塊；

寬帶光源，用於發射出寬譜光；

光開關，用於將寬譜光分為三路，並發送到三個通道接口；

信息處理模塊，用於接收由光纜中反射回來的不同的偏移波長，通過中心波長的偏移量來解調相應的測量物理量；

最後會在通道1有2個波長返回值，通道2有1個波長返回值，通道3有2個波長返回值

第一單模光纜2與第二單模光纜3，第三單模光纜4平行設置；

數據採集單元，一端與普通單模光纖(2、3、4)相連，另一端向後繼續向前延伸，可串接多個數據傳感單元。

圖2所示，為本發明所涉及的數據採集單元結構示意圖，整個數據採集單元主要由第一光路接口51、第二光路接口52、第三光路接口53、第四光路接口54、環形光柵結構55和溫度檢測模塊56組成；

所示圖2中51是第一光路接口，一端與第一單模光纖2相連，另一端通過環形光柵結構從第三光路接口53傳出；

所示圖2中52是第二光路接口，一端與第三單模光纖4相連，另一端通過環形光柵結構從第四光路接口54傳出；

55為光柵環形結構，內部通過4個光路埠來傳輸兩路光信號；

溫度檢測模塊6兩端分別與第二單模光纖3相連，可檢測數據採集單元的溫度信息，對環形光柵結構內部的應變採集進行溫度補償和標定。

第三光路接口53,第四光路接口54，另一端繼續向前延伸，可串接多個數據傳感單元。

圖3所示，為本發明數據採集單元中環形光柵結構55的結構示意圖，整個結構主要由2條光路和4個傳感器組成；

第一應變光柵傳感器551，一端與單模光纖2相連，另一端與第三應變光柵傳感器553相連，第一應變光柵傳感器551中心波長與第二應變傳感器552相同；

第二應變光柵傳感器552，一端與單模光纖4相連，另一端與第四應變光柵傳感器554相連，第二應變光柵傳感器552中心波長與第一應變傳感器551相同；

第三應變光柵傳感器553，一端與第一應變光柵傳感器551相連，另一端與單模光纖2相連，第三應變光柵傳感器553中心波長與第四應變傳感器554相同；

第四應變光柵傳感器554，一端與第二應變光柵傳感器552相連，另一端與單模光纖4相連，第四應變光柵傳感器554中心波長與第三應變傳感器553相同。

圖4所示，為本發明數據採集單元中溫度檢測模塊的結構示意圖，包括導熱介質561和溫度光柵傳感器562；導熱介質5611置於溫度光柵傳感器562底部，溫度光柵傳感器562與單模光纖3相連；

導熱介質561，用於整個數據採集單元實時溫度傳遞，使溫度光柵傳感器測量值更加精確；

溫度光柵傳感器562，用於測量整個數據採集單元的實時溫度，對應變測量數據進行修正和補償。

本專利的工作流程為：

波長解調模塊包括寬帶光源和信息處理模塊，寬帶光源發射出寬譜光後會通過光開關，使得不同的通道都可以進行波長解調，與波長解調模塊相連的三根單模光纖分別對應三個不同的解調通道，另一端與信號採集單元即特殊結構的環形光柵相連，環形光柵內部結構分布有兩種不同的光柵傳感器，其中有4個是應變傳感器和一個溫度傳感器，當寬譜光源發射出寬譜光後，會通過單模光纖進入基於環形光柵結構，反射回來的測量值通過三個解調通道進行解調。

本發明中應用具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想，對於本領域的一般技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護的範圍。