本發(fā)明涉及光纖光柵測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可提高精度和穩(wěn)定性的光纖光柵測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

光纖光柵傳感技術(shù)是一種新型的光傳感技術(shù)，通過(guò)利用光柵的波長(zhǎng)與溫度、應(yīng)力等物理量在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系的變化來(lái)做成各類傳感器。光纖光柵的測(cè)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(dá)到改變光纖光柵的周期L和有效折射率n_eff，從而達(dá)到改變光纖光柵的反射波長(zhǎng)λ_B的目的。而且光纖光柵的中心波長(zhǎng)的變化量和應(yīng)變、溫度的變化量成線性關(guān)系。根據(jù)這樣的特性，可將光纖光柵制作成應(yīng)變、溫度、壓力、加速度、位移等多種傳感器。光纖光柵信號(hào)處理器用于實(shí)時(shí)采集各光纖光柵傳感器的波長(zhǎng)值，通過(guò)光柵傳感器波長(zhǎng)變化量的大小推算出相應(yīng)物理量(溫度、應(yīng)力等)的改變大小。這樣就實(shí)現(xiàn)了物理量傳感檢測(cè)的目的。

光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、高精度、高靈敏度、防水、抗腐蝕、耐久性長(zhǎng)等特點(diǎn)，傳感器體積小、重量輕，便于鋪設(shè)安裝，將其植入監(jiān)測(cè)對(duì)象中不存在匹配的問(wèn)題，對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的性能和力學(xué)參數(shù)等影響較小，適合大面積、長(zhǎng)距離，多種類的綜合性的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，是目前最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)。雖然測(cè)量參數(shù)和定位精度都比較準(zhǔn)確，但是由于光路唯一性、受力不均勻和溫度對(duì)中心波長(zhǎng)偏移產(chǎn)生的影響，會(huì)降低最終測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和精確性，現(xiàn)通過(guò)多通道采集和一種特殊的數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和精確性的提高。

因此，現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題亟待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了一種可提高精度和穩(wěn)定性的光纖光柵測(cè)量裝置，該裝置由波長(zhǎng)解調(diào)模塊、單模光纖和數(shù)據(jù)采集單元組成，其中波長(zhǎng)解調(diào)模塊是用來(lái)對(duì)反射回來(lái)的中心波長(zhǎng)進(jìn)行解調(diào)，測(cè)量出中心波長(zhǎng)的偏移量。單模光纖是用來(lái)傳輸光信號(hào)，而且不同的光纜對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)解調(diào)模塊的不同通道。數(shù)據(jù)采集單元是由特殊的環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)來(lái)組成的，通過(guò)溫度數(shù)據(jù)補(bǔ)償修正、位置結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)精確互補(bǔ)和多通道采集，同時(shí)提高了光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種可提高精度和穩(wěn)定性的光纖光柵測(cè)量裝置，該裝置包括：

波長(zhǎng)解調(diào)模塊、三根單模光纜和數(shù)據(jù)采集單元；其中波長(zhǎng)解調(diào)模塊通過(guò)三個(gè)通道接口分別和三根單模光纖相連，對(duì)應(yīng)的三個(gè)不同的波長(zhǎng)解調(diào)通道，三根單模光纖的另一端與數(shù)據(jù)采集單元相連；

波長(zhǎng)解調(diào)模塊，包括寬帶光源、光開(kāi)關(guān)和信息處理模塊；

寬帶光源，用于發(fā)射出寬譜光；

光開(kāi)關(guān)，用于將寬譜光分為三路，并發(fā)送到三個(gè)通道接口；

信息處理模塊，用于接收由單模光纖中反射回來(lái)的不同的偏移波長(zhǎng)，通過(guò)中心波長(zhǎng)的偏移量來(lái)解調(diào)相應(yīng)的測(cè)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(shè)置；

數(shù)據(jù)采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(huán)形光柵結(jié)構(gòu)和溫度檢測(cè)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(guò)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)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(guò)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)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(xù)向前延伸；

光柵環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通過(guò)4個(gè)光路端口來(lái)傳輸兩路光信號(hào)；

溫度檢測(cè)模塊兩端分別與第二單模光纖相連，可檢測(cè)數(shù)據(jù)采集單元的溫度信息，對(duì)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變采集進(jìn)行溫度補(bǔ)償和標(biāo)定。

進(jìn)一步的，環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)由2條光路和4個(gè)傳感器組成；

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

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

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

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

進(jìn)一步的，溫度檢測(cè)模塊包括導(dǎo)熱介質(zhì)和溫度光柵傳感器；導(dǎo)熱介質(zhì)置于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(dǎo)熱介質(zhì)，用于整個(gè)數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)溫度傳遞，使溫度光柵傳感器測(cè)量值更加精確；

溫度光柵傳感器，用于測(cè)量整個(gè)數(shù)據(jù)采集單元的實(shí)時(shí)溫度，對(duì)應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和補(bǔ)償。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)采集單元的另一端向后繼續(xù)向前延伸，可串接多個(gè)數(shù)據(jù)傳感單元。

與現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品相比，該發(fā)明具有顯著優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提出了一種由特殊環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集單元，同時(shí)將反射回來(lái)的測(cè)量值通過(guò)不同采集通道進(jìn)行采集。環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)包括溫度傳感器和應(yīng)變傳感器，溫度傳感器可對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正補(bǔ)償，應(yīng)變傳感器的位置結(jié)構(gòu)使得最終應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)精確互補(bǔ)，提高了整體的測(cè)量精度；不同通道的數(shù)據(jù)采集可提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元中環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元中溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的一種可提高精度和穩(wěn)定性的光纖光柵測(cè)量裝置，該裝置包括：

波長(zhǎng)解調(diào)模塊1、普通單模光纜(2,3,4)和數(shù)據(jù)采集單元5，其中波長(zhǎng)解調(diào)模塊1通過(guò)三個(gè)通道接口分別和三根單模光纖(2,3,4)相連，對(duì)應(yīng)的三個(gè)不同的波長(zhǎng)解調(diào)通道，三根單模光纖(2,3,4)的另一端與數(shù)據(jù)采集單元5相連；

波長(zhǎng)解調(diào)模塊1，包括寬帶光源、光開(kāi)關(guān)和信息處理模塊；

寬帶光源，用于發(fā)射出寬譜光；

光開(kāi)關(guān)，用于將寬譜光分為三路，并發(fā)送到三個(gè)通道接口；

信息處理模塊，用于接收由光纜中反射回來(lái)的不同的偏移波長(zhǎng)，通過(guò)中心波長(zhǎng)的偏移量來(lái)解調(diào)相應(yīng)的測(cè)量物理量；

最后會(huì)在通道1有2個(gè)波長(zhǎng)返回值，通道2有1個(gè)波長(zhǎng)返回值，通道3有2個(gè)波長(zhǎng)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(shè)置；

數(shù)據(jù)采集單元，一端與普通單模光纖(2、3、4)相連，另一端向后繼續(xù)向前延伸，可串接多個(gè)數(shù)據(jù)傳感單元。

圖2所示，為本發(fā)明所涉及的數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)數(shù)據(jù)采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(huán)形光柵結(jié)構(gòu)55和溫度檢測(cè)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(guò)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)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(guò)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)從第四光路接口54傳出；

55為光柵環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通過(guò)4個(gè)光路端口來(lái)傳輸兩路光信號(hào)；

溫度檢測(cè)模塊6兩端分別與第二單模光纖3相連，可檢測(cè)數(shù)據(jù)采集單元的溫度信息，對(duì)環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變采集進(jìn)行溫度補(bǔ)償和標(biāo)定。

第三光路接口53,第四光路接口54，另一端繼續(xù)向前延伸，可串接多個(gè)數(shù)據(jù)傳感單元。

圖3所示，為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元中環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)55的結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)結(jié)構(gòu)主要由2條光路和4個(gè)傳感器組成；

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

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

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

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

圖4所示，為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元中溫度檢測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，包括導(dǎo)熱介質(zhì)561和溫度光柵傳感器562；導(dǎo)熱介質(zhì)5611置于溫度光柵傳感器562底部，溫度光柵傳感器562與單模光纖3相連；

導(dǎo)熱介質(zhì)561，用于整個(gè)數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)溫度傳遞，使溫度光柵傳感器測(cè)量值更加精確；

溫度光柵傳感器562，用于測(cè)量整個(gè)數(shù)據(jù)采集單元的實(shí)時(shí)溫度，對(duì)應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和補(bǔ)償。

本專利的工作流程為：

波長(zhǎng)解調(diào)模塊包括寬帶光源和信息處理模塊，寬帶光源發(fā)射出寬譜光后會(huì)通過(guò)光開(kāi)關(guān)，使得不同的通道都可以進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，與波長(zhǎng)解調(diào)模塊相連的三根單模光纖分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的解調(diào)通道，另一端與信號(hào)采集單元即特殊結(jié)構(gòu)的環(huán)形光柵相連，環(huán)形光柵內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布有兩種不同的光柵傳感器，其中有4個(gè)是應(yīng)變傳感器和一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)寬譜光源發(fā)射出寬譜光后，會(huì)通過(guò)單模光纖進(jìn)入基于環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)，反射回來(lái)的測(cè)量值通過(guò)三個(gè)解調(diào)通道進(jìn)行解調(diào)。

本發(fā)明中應(yīng)用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)的范圍。