CN107764390A - 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 - Google Patents
一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107764390A CN107764390A CN201711263788.5A CN201711263788A CN107764390A CN 107764390 A CN107764390 A CN 107764390A CN 201711263788 A CN201711263788 A CN 201711263788A CN 107764390 A CN107764390 A CN 107764390A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- light
- optical
- port
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于弱反射光栅的振动测量方法，其特征是，包括基于弱反射光栅的振动测量装置，所述测量装置包括顺序连接的窄线宽激光器、调制器、光环行器、光栅传感光纤及光电探测器、信号处理器，所述光环行器的第一端口①与调制器连接，第二端口②与光栅传感光纤连接，第三端口③经过光电探测器与信号处理器连接，所述方法步骤为：1）产生脉冲光；2）光线进入光纤光栅；3）脉冲光的反射；4）信号转换和接收；5）信号处理。这种方法的优点是方法简单，容易实现，与传统弱光栅振动传感需要长时间扫描光谱相比，本系统不需要扫描光谱，能节省测量时间和扩大振动频率测量范围。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，具体是一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法。
背景技术
随着光纤传感技术的不断发展，在近几十年之间，光纤传感技术的应用几乎覆盖到了各个行业，在通讯、工程、物理参数测量等领域的应用尤为广泛。相对于传统传感器来说，光纤传感器有着其突出优势。
光纤光栅是一种刻写在光纤内部的光栅结构，对温度、应力等物理参量具有优良的传感特性，因此在光纤传感领域得到了广泛的应用。光纤光栅传感具有抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、可进行准分布式测量、便于组网等诸多优点，特别在一些特殊的场合，有着其不可替代的作用。光纤光栅传感技术的应用已经发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域，在公共安全、国防、工农业安全生产、环保等重大安全监测领域也有着重要应用，其中对于振动的探测是现在研究的热点之一。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法。这种装置成本低，与传统弱光栅振动传感需要长时间扫描光谱相比，本系统不需要扫描光谱，能节省测量时间和扩大振动频率测量范围。这种方法的优点是方法简单，容易实现，与传统振动测量的方法相比，不需要长时间的扫频，可以节约振动测量的时间。
实现本发明的技术方案是：
一种基于弱反射光栅的振动测量装置，包括顺序连接的窄线宽激光器、调制器、光环行器、光栅传感光纤及光电探测器、信号处理器，所述光环行器的第一端口与调制器连接，第二端口与光栅传感光纤连接，第三端口经过光电探测器与信号处理器连接。
所述光栅传感光纤为带有n个具有相同中心波长的光栅的传感光纤，n为整数且不小于1。
所述信号处理器得到脉冲光到达第n个峰值，即第n个光栅反射回的光的时间差为Δt，则第n个光栅距离原点的距离为：
Ln＝(Δt×c)/(2n)
式中，c为光在真空中的光速，n为该传感光纤的折射率。
所述传感光纤为普通单模光纤。
由调制器调制成脉冲光的周期与总的传感光纤的长度对应，即发射脉冲光的周期大于光在整个光纤长度内传输往返所需的时间。
使用上述基于弱反射光栅的振动测量装置测量光栅的振动方法步骤为：
1)产生脉冲光：窄线宽激光器发出与探测振动的弱反射光纤光栅未加动态应变时反射谱中心波长λ0的连续光，连续光由调制器调制成脉冲光；
2)光线进入光纤光栅：脉冲光从光环行器的第一端口输入①，从第二端口②输出，进入光栅传感光纤；
3)脉冲光的反射：脉冲光在光纤中传播存在着与输入光同频的瑞利散射，经过光栅时又会出现光栅对光的向后的反射，散射光与反射光由光环行器2的第二端口②输入，从第三端口③输出；
4)信号转换和接收：光电探测器接收到从光环行器第三端口③输出的光，并将光信号转变成电信号输送给信号处理器；
5)信号处理：信号处理器得到从窄线宽激光器发出光信号，到接收到第n个峰值的时间即到接收到第n个光栅反射回来的光信号的时间，确定第n个光栅的位置，再通过监测第n个光栅反射谱的峰值功率变化，得出该光栅反射谱的峰值功率随时间变化的波形图，对该波形图进行傅里叶变换，得到光强随频率的变化图，光强最大处的频率f0即为引起光纤光栅形变的振动的频率。
这种装置从成本低，与传统弱光栅振动传感需要长时间扫描光谱相比，本系统不需要扫描光谱，能节省测量时间和扩大振动频率测量范围。这种方法的优点是方法简单，容易实现，与传统振动测量的方法相比，不需要长时间的扫频，可以节约振动测量的时间。
附图说明
图1为实施例中装置的结构示意图；
图2为实施例中光强随光纤长度变化的示意图；
图3为实施例中受振动时单个光栅反射的光功率随时间变化的波形示意图；
图4为实施例中单个光栅的波形图经傅里叶变换后的示意图；
图5为实施例的方法流程示意图。
图中，1.窄线宽激光器2.调制器3.光环行器4.光栅传感光纤5.光电探测器6.信号处理器，①.第一端口②.第二端口③.第三端口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种基于弱反射光栅的振动测量装置，包括顺序连接的窄线宽激光器1、调制器2、光环行器3、光栅传感光纤4及光电探测器5、信号处理器6，所述光环行器3的第一端口①与调制器2连接，第二端口②与光栅传感光纤4连接，第三端口③经过光电探测器5与信号处理器6连接。
所述光栅传感光纤4为带有n个具有相同中心波长的光栅的传感光纤，n为整数且不小于1。
所述信号处理器6得到脉冲光到达第n个峰值，即第n个光栅反射回的光的时间差为Δt，则第n个光栅距离原点的距离为：
Ln＝(Δt×c)/(2n)
式中，c为光在真空中的光速，n为该传感光纤的折射率。
所述传感光纤为普通单模光纤。
参照图5，使用上述基于弱反射光栅的振动测量装置测量光栅的振动方法步骤为：
1)产生脉冲光：窄线宽激光器1发出与探测振动的弱反射光纤光栅未加动态应变时反射谱中心波长相同的波长λ0的连续光，连续光由调制器2调制成泵浦脉冲光；
2)光线进入光纤光栅：泵浦脉冲光从光环行器3的第一端口输入①，从第二端口②输出，进入光栅传感光纤4；
3)脉冲光的反射：脉冲光在光纤中传播存在着与输入光同频的瑞利散射，经过光栅时又会出现光栅对光的向后的反射，散射光与反射光由光环行器2的第二端口②输入，从第三端口③输出；
4)信号转换和接收：光电探测器5接收到从光环行器2第三端口③输出的光，并将光信号转变成电信号输送给信号处理器6；
5)信号处理：信号处理器得到从窄线宽激光器发出光信号，到接收到第n个峰值的时间即到接收到第n个光栅反射回来的光信号的时间，确定第n个光栅的位置，再通过监测第n个光栅反射谱的峰值功率变化，得出该光栅反射谱的峰值功率随时间变化的波形图，对该波形图进行傅里叶变换，得到光强随频率的变化图，光强最大处的频率f0即为引起光纤光栅形变的振动的频率。
Claims (1)
1.一种基于弱反射光栅的振动测量方法，其特征是，包括基于弱反射光栅的振动测量装置，所述测量装置包括顺序连接的窄线宽激光器、调制器、光环行器、光栅传感光纤及光电探测器、信号处理器，所述光环行器的第一端口①与调制器连接，第二端口②与光栅传感光纤连接，第三端口③经过光电探测器与信号处理器连接，所述方法步骤为：
1）产生脉冲光：窄线宽激光器发出与探测振动的弱反射光纤光栅未加动态应变时反射谱中心波长相同的波长λ0的连续光，连续光由调制器调制成脉冲光；
2）光线进入光纤光栅：泵浦脉冲光从光环行器的第一端口输入①，从第二端口②输出，进入光栅传感光纤；
3）脉冲光的反射：脉冲光在光纤中传播存在着与输入光同频的瑞利散射，经过光栅时又会出现光栅对光的向后的反射，散射光与反射光由光环行器2的第二端口②输入，从第三端口③输出；
4）信号转换和接收：光电探测器接收到从光环行器第三端口③输出的光，并将光信号转变成电信号输送给信号处理器；
5）信号处理：信号处理器得到从窄线宽激光器发出光信号，到接收到第n个峰值的时间即到接收到第n个光栅反射回来的光信号的时间，确定第n个光栅的位置，再通过监测第n个光栅反射谱的峰值功率变化，得出该光栅反射谱的峰值功率随时间变化的波形图，对该波形图进行傅里叶变换，得到光强随频率的变化图，光强最大处的频率f0即为引起光纤光栅形变的振动的频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711263788.5A CN107764390A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711263788.5A CN107764390A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107764390A true CN107764390A (zh) | 2018-03-06 |
Family
ID=61276556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711263788.5A Pending CN107764390A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107764390A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110082843A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-02 | 广西师范大学 | 一种倾斜浮子式的虹吸型弱反射光纤光栅雨量计及雨量计阵列 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120179378A1 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| CN104990620A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-21 | 南京大学 | 基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法 |
| CN105222884A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-06 | 浙江师范大学 | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 |
| CN105547460A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-05-04 | 南京大学 | 融合弱反射光栅的双脉冲相位敏感光时域反射计及其方法 |
| CN105806465A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 南京大学 | 一种基于固定反射点的新型φ-otdr探测装置及其探测方法 |
| JP2016161512A (ja) * | 2015-03-04 | 2016-09-05 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ振動測定方法及びシステム |
| CN106225816A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-14 | 南京大学 | 一种基于布里渊滤波器的光栅传感装置与方法 |
| CN106768277A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 华中科技大学 | 一种基于相干相位检测的分布式光纤振动传感装置 |
-
2017
- 2017-12-05 CN CN201711263788.5A patent/CN107764390A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120179378A1 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-12 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for monitoring vibration using fiber optic sensors |
| JP2016161512A (ja) * | 2015-03-04 | 2016-09-05 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ振動測定方法及びシステム |
| CN104990620A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-10-21 | 南京大学 | 基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法 |
| CN105222884A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-01-06 | 浙江师范大学 | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 |
| CN105547460A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-05-04 | 南京大学 | 融合弱反射光栅的双脉冲相位敏感光时域反射计及其方法 |
| CN105806465A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 南京大学 | 一种基于固定反射点的新型φ-otdr探测装置及其探测方法 |
| CN106225816A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-14 | 南京大学 | 一种基于布里渊滤波器的光栅传感装置与方法 |
| CN106768277A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 华中科技大学 | 一种基于相干相位检测的分布式光纤振动传感装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110082843A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-02 | 广西师范大学 | 一种倾斜浮子式的虹吸型弱反射光纤光栅雨量计及雨量计阵列 |
| CN110082843B (zh) * | 2019-06-05 | 2021-11-16 | 广西师范大学 | 一种倾斜浮子式的虹吸型弱反射光纤光栅雨量计及雨量计阵列 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103314276B (zh) | 布里渊光电测量方法和设备 | |
| CN104019836B (zh) | 基于相干双脉冲对序列技术布里渊光时域分析仪及利用该分析仪抑制共模噪声的方法 | |
| CN102636217B (zh) | 布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的传感装置 | |
| CN106680535B (zh) | 基于光纤布喇格光栅反射谱特性实现激光拍频的差动型光学加速度计 | |
| CN103763022B (zh) | 一种基于高阶边带扫频调制的高空间分辨率光频域反射计系统 | |
| CN105136337A (zh) | 一种基于模式复用的拉曼分布式测温系统和测温方法 | |
| CN113758509B (zh) | 一种温度、应变、振动一体化的光纤传感装置 | |
| CN207894512U (zh) | 基于φ-OTDR的振动传感装置 | |
| CN109186736A (zh) | 一种可固定频移结构的斜坡辅助布里渊光纤传感振动测量装置及测量方法 | |
| CN102506917A (zh) | 光纤混沌激光器用于光纤传感的装置及其方法 | |
| CN102589748A (zh) | 基于光纤瑞利与布里渊原理的环境温度测量方法 | |
| CN106225816B (zh) | 一种基于布里渊滤波器的光栅传感装置与方法 | |
| CN103674082B (zh) | 一种基于四波混频过程的高空间分辨率光频域反射计系统 | |
| CN207232005U (zh) | 基于弱光纤光栅和光时域反射仪的复用光纤气体传感系统 | |
| CN203642943U (zh) | 一种基于四波混频过程的高空间分辨率光频域反射计系统 | |
| CN107764390A (zh) | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置及测量方法 | |
| CN105222884B (zh) | 一种基于低反射光纤光栅的分布式振动传感方法 | |
| CN107167225B (zh) | 一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法 | |
| CN207585756U (zh) | 一种基于弱反射光栅的振动测量装置 | |
| CN103438916A (zh) | 基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置 | |
| CN110186500B (zh) | 一种采用绝对法的非平衡光纤干涉仪臂长差测量装置及测量方法 | |
| CN103575309B (zh) | 单光栅光纤多纵模激光直腔传感器频分复用装置 | |
| CN105423944B (zh) | 一种分布式光纤曲率传感器 | |
| CN109781156A (zh) | 基于布里渊增益谱调制的botda系统及其传感方法 | |
| CN202420557U (zh) | 布里渊光时域分析和马赫曾德尔干涉共同检测的传感装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180306 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |