一種光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，應(yīng)變的檢測(cè)主要使用電阻應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)，雖然其制作簡(jiǎn)易，檢測(cè)精度較高，但其有不耐腐蝕，易受電磁干擾等缺點(diǎn)，因此在一些特殊場(chǎng)合不能使用。
[0003]FBG (Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵)是現(xiàn)代光纖傳感領(lǐng)域最常見的光學(xué)元件之一，其優(yōu)異的傳感特性使得其被廣泛應(yīng)用于大型建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)和鐵路落石監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。通常利用FBG的中心波長(zhǎng)(Bragg波長(zhǎng))變化與溫度、應(yīng)變等外界物理量的變化呈線性相關(guān)的特性實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。當(dāng)FBG用于均勻應(yīng)變檢測(cè)時(shí)FBG反射率最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也就是Bragg波長(zhǎng)，在頻譜上發(fā)生線性漂移，通過濾波法、干涉法等解調(diào)方式可以檢測(cè)出該漂移量，從而計(jì)算應(yīng)變大小。當(dāng)應(yīng)變?yōu)榉蔷鶆驊?yīng)變時(shí)，光纖光柵反射譜發(fā)生畸變，應(yīng)變情況不能再?gòu)膯我坏牟祭癫ㄩL(zhǎng)得到，此時(shí)需要基于反射譜法的應(yīng)變解調(diào)系統(tǒng)，即分布式傳感解調(diào)系統(tǒng)，它既可以通過反射譜實(shí)現(xiàn)FBG均勻應(yīng)變的檢測(cè)，更可以進(jìn)一步通過算法由反射譜計(jì)算得到FBG所感受的非均勻應(yīng)變分布情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)裝置。
[0005]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0006]本實(shí)用新型包括寬帶光源、環(huán)形器、耦合器、準(zhǔn)直器、反射鏡、二維氣浮移動(dòng)平臺(tái)、光纖布拉格光柵、三態(tài)偏振器、衰減器、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡及上位機(jī)。
[0007]寬帶光源與環(huán)形器的第一端口光連接，環(huán)形器的第二端口與耦合器一側(cè)的一個(gè)端口光連接，耦合器另一側(cè)的一個(gè)端口與準(zhǔn)直器光連接，準(zhǔn)直器正對(duì)反射鏡設(shè)置，所述的反射鏡安裝在二維氣浮移動(dòng)平臺(tái)上。
[0008]親合器另一側(cè)的另一個(gè)端口與三態(tài)偏振器的一端光連接，三態(tài)偏振器的另一端連接光纖布拉格光柵；親合器一側(cè)的另一個(gè)端口與衰減器的一端光連接，衰減器的另一端與平衡探測(cè)器的一個(gè)探測(cè)口連接，平衡探測(cè)器的另一個(gè)探測(cè)口與環(huán)形器的第三端口光連接；數(shù)據(jù)采集卡采集探測(cè)器探測(cè)到的干涉信號(hào)，該干涉信號(hào)進(jìn)入上位機(jī)。
[0009]進(jìn)一步說，所述的寬帶光源的工作波長(zhǎng)為1550nm。
[0010]與【背景技術(shù)】相比，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0011]FBG應(yīng)力檢測(cè)的長(zhǎng)度通常由FBG的長(zhǎng)度決定，目前，能實(shí)現(xiàn)30mm-100mm長(zhǎng)度的檢測(cè)，本實(shí)用新型提出的利用光纖布拉格光柵傳感器作為應(yīng)力分布傳感元件，結(jié)合OLCR技術(shù)(低相干光反射技術(shù))與剝層算法，能實(shí)現(xiàn)沿光纖軸向5mm-10mm范圍內(nèi)非均勾應(yīng)變分布的檢測(cè)。
[0012]該裝置所使用的高精度氣浮運(yùn)動(dòng)平移臺(tái)所具有的振動(dòng)噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高精度的定位并避免了 FBG反射譜被振動(dòng)噪聲淹沒的問題；并且因?yàn)闅飧∑脚_(tái)的勻速運(yùn)動(dòng)，使得采樣均勻，免除了采用激光參考相位等問題。
[0013]該裝置使用的平衡探測(cè)結(jié)構(gòu)提高了干涉信號(hào)信噪比，有助于得到更加準(zhǔn)確的應(yīng)變分布結(jié)果。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]一種光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)包括:光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器、平衡探測(cè)式光纖光學(xué)低相干反射儀和上位機(jī)軟件。
[0016]光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)，其光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感器是一種將光纖布拉格光柵埋入或粘貼于待測(cè)件表面的應(yīng)變傳感元件，該元件通過光纖與平衡探測(cè)式光纖光學(xué)低相干反射儀相連接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳送。
[0017]光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)，其平衡探測(cè)式光纖光學(xué)低相干反射儀包括光源、光環(huán)形器、光耦合器、準(zhǔn)直器、反射鏡、高精度氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、光衰減器、光電探測(cè)器等元件，這些元件通過光纖連接組成光纖白光干涉光路。
[0018]光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)，其軟件部分由硬件控制系統(tǒng)軟件及FBG的非均勻應(yīng)變檢測(cè)軟件組成。其中硬件控制系統(tǒng)軟件包含運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制，采集卡信號(hào)采集的控制。所采集到的信號(hào)為FBG反射譜對(duì)應(yīng)的時(shí)域脈沖響應(yīng)的實(shí)部，通過拉普拉斯變換、傅里葉變換等數(shù)學(xué)變換得到FBG反射譜，然后使用剝層算法通過反射譜重構(gòu)FBG上所加載的非均勻應(yīng)變從而得到FBG上的應(yīng)變分布情況。
[0019]平衡探測(cè)式光纖光學(xué)低相干反射儀的干涉光路使用之前需要調(diào)整測(cè)量臂與參考臂的光程差，使光程差在干涉區(qū)間范圍內(nèi)；系統(tǒng)檢測(cè)過程中，氣浮平臺(tái)帶動(dòng)反射鏡運(yùn)動(dòng)，測(cè)量臂與參考臂之間的光程差隨之改變，與此同時(shí)，光電探測(cè)器檢測(cè)干涉信號(hào)。
[0020]平衡探測(cè)式光纖光學(xué)低相干反射儀的特點(diǎn)在于光電探測(cè)使用平衡探測(cè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)消除了信號(hào)中的直流量，使信號(hào)中的交流量增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)增大信噪比的目的。該低相干反射儀中的高精度氣浮運(yùn)動(dòng)平移臺(tái)所具有的振動(dòng)噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高精度的定位并避免了FBG反射譜被振動(dòng)噪聲淹沒的問題。
[0021]光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)需配備數(shù)據(jù)采集卡，完成干涉信號(hào)的采集。
[0022]參照?qǐng)D1具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的光纖光柵分布式應(yīng)變檢測(cè)裝置，主要包括寬帶光源SLD、環(huán)形器C、耦合器CPL、準(zhǔn)直器LENS (包括三維定位平移臺(tái))、裝在氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的反射鏡11、移動(dòng)平臺(tái)、FBG (光纖布拉格光柵)系統(tǒng)、三態(tài)偏振器POLA、衰減器A、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡9及PC (軟件系統(tǒng))。FBG系統(tǒng)由FBG及應(yīng)力加載系統(tǒng)組成。
[0023]SLD光源發(fā)射寬帶光源給環(huán)形器C，寬帶光源的工作波長(zhǎng)為1550nm。其中環(huán)形器C端口 2輸出的光信號(hào)由端口 4進(jìn)入親合器CPL。端口 4進(jìn)入的光信號(hào)由親合器1:1分光。
[0024]一束光進(jìn)入?yún)⒖急?，光進(jìn)入?yún)⒖急壑械臏?zhǔn)直器LENS發(fā)射出的光由勻速運(yùn)動(dòng)的二維平臺(tái)帶動(dòng)的放射鏡按原路反射回準(zhǔn)直器。
[0025]另一束光進(jìn)入測(cè)量臂10。光進(jìn)入測(cè)量臂中的三態(tài)偏振器POLA保偏后的光進(jìn)入FBG系統(tǒng)后，由FBG反射回來。
[0026]上述兩反射光通過耦合器CPL的端口 5和端口 6進(jìn)入耦合器，在耦合器內(nèi)發(fā)生干涉，并由耦合器1:1分光。一束光由端口