CN108151917A - 光纤光栅温度传感器响应时间测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，主要由以信号线顺序连接的宽带光源、环形器模块、光电探测器和数据采集卡、计算机构成，所述环形器模块封装于外壳内，所述环形器模块内串联有第一环形器和第二环形器，所述第一环形器与第二环形器端口线连接，所述第一环形器的侧端连接有待测光纤光栅，所述第二环形器的侧端连接有参考光纤光栅，所述参考光纤光栅上设置有波长调节机构，用于匹配所述待测光纤光栅中心波长。本发明提高响应时间的测试精度，降低了响应时间测试的复杂度和成本。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感检测领域，具体涉及一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置。
背景技术
光纤光栅温度传感器具有重量轻，体积小，抗电磁干扰，响应时间短等优点，已经被广泛应用于电力、油田、土木工程等领域。这些领域中的温度变化速度较慢，属于静态或准静态温度测量，对光纤光栅温度传感器的响应时间要求并不高。但在海洋、航空航天等应用领域，要求光纤光栅温度传感器响应速度快，通常用时间常数t来衡量响应速度。因此，在温度动态变化的应用场合，响应时间光纤光栅温度传感器的。
2014年，柳翔等(柳翔，励强华，张岩宇，周世伟.FBG温度传感器响应时间滞后性的研究.光学技术，第40卷，第2期，156-159,2014.)指出光纤光栅温度传感器的响应速度受材料、热交换系数和外包材料的影响，但并没有精确测量光纤光栅温度传感器的的响应时间。2015年，张登攀等(张登攀，王瑨，王永杰.光纤光栅海洋温度传感器的快速响应特性.光电工程，第42卷，第3期，2015.)对金属管封装的光纤光栅温度传感器的响应时间进行测试，采用解调仪实时监测波长变化，该测试装置没有考虑到解调仪的响应时间对测试结果的影响。2016年，YH Pan等提出了一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，由于装置采用匹配光栅原理，因此要求参考光纤光栅与被测试的光纤光栅的中心波长严格相等。若被测光纤光栅的中心波长改变，须将参考光纤光栅更换为与被测光纤光栅同波长。这就增加了系统成本和测试过程的复杂度，且不适用于响应时间的批量测试过程。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明旨在提供一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，以实现对光纤光栅温度传感器响应时间的准确测量。
为实现该发明目的，本发明的技术方案是：一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，主要由以信号线顺序连接的宽带光源、环形器模块、光电探测器和数据采集卡、计算机构成，所述环形器模块封装于外壳内，所述环形器模块内串联有第一环形器和第二环形器，所述第一环形器与第二环形器的端口以线连接，所述第一环形器的侧端连接有待测光纤光栅，所述第二环形器的侧端连接有参考光纤光栅；
所述光电探测器是将输入的光信号转化为模拟电压信号；
所述数据采集卡采集由光电探测器得到的模拟电压信号，并输出给计算机；
所述计算机将由数据采集卡采集到的信号进行存储、显示和分析；
所述参考光纤光栅上设置有波长调节机构，所述参考光纤光栅具有可调的中心波长1525-1565nm，以匹配所述待测光纤光栅中心波长；所述波长调节机构主要由设置于所述参考光纤光栅两端的光纤夹持器和设置于所述光纤夹持器下部且用于固定所述参考光纤光栅的位移台构成，所述位移台由底板和位于底板上的左右两边的光纤专用位移台构成。
所述位于底板上的左右两边的光纤专用位移台相距100-300mm,分辨率为1μm。
所述第一环形器的Ⅲ端口与所述第二环形器的Ⅰ端口相连。
所述第一环形器的Ⅰ端口、Ⅱ端口分别经法兰盘引出至所述外壳，所述第一环形器的Ⅰ端口、Ⅱ端口分别接宽带光源、待测光纤光栅。
所述第二环形器的Ⅱ端口、Ⅲ端口分别通过法兰盘引出至所述外壳，所述第二环形器的Ⅱ端口、Ⅲ端口分别接参考光纤光栅、光电探测器。
所述光纤夹持器为光纤夹具。
所述宽带光源采用C波段或C+L波段的宽带光源，输出功率在5-20mW。
所述底板由长200mm，宽60mm，厚度为5mm的不锈钢板构成。
所述数据采集卡型号为NI USB-6361。
本发明有如下优点：
(1)本发明采用匹配光栅原理，响应时间并不是利用解调仪直接监测，而是根据待测光纤光栅和参考光纤光栅反射谱的卷积运算得到，避免了解调仪对响应时间测试带来的影响，检测精度高。
(2)本发明中采用的参考光纤光栅中心波长可调，无需为每一个待测光纤光栅温度传感器匹配相同波长的参考光纤光栅，降低了响应时间测试的复杂度和成本。
(3)本发明采用精密的位移台对参考光纤光栅波长进行调节，调节精度高，确保参考光纤光栅和待测光纤光栅的波长准确匹配，提高响应时间的测试精度。
(4)本发明环形器封装于外壳内能够使系统的连线更少，它们之间的连线都封装起来，只将和外界相连的口留出来，简化系统结构。
附图说明
图1是本发明中的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置结构示意图；
图中：1-宽带光源，2-外壳，3-第一环形器，4-第二环形器，5-法兰盘，6-待测光纤光栅，7-参考光纤光栅，8-光纤夹持器，9-底板，10-光纤专用位移台，11-光电探测器，12-数据采集卡，13-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例：
本发明为一种光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，具体包括以下几部分：宽带光源1：采用C波段或C+L波段的宽带光源，输出功率在5-20mW；
环形器模块：包括外壳2、第一环形器3和第二环形器4。第一环形器3和第二环形器4封装在外壳2内，第一环形器3的Ⅲ端口和第二环形器4的Ⅰ端口相连，第一环形器3的Ⅰ、Ⅱ端口和第二环形器4的Ⅱ、Ⅲ端口分别通过法兰盘5引出至外壳2。第一环形器3的Ⅰ、Ⅱ端口分别接宽带光源1和待测光纤光栅6，第二环形器4的Ⅱ、Ⅲ端口分别接参考光纤光栅7和光电探测器11；
待测光纤光栅6：宽带光源1的光信号经第一环形器3进入待测光纤光栅6，经待测光纤光栅6反射后经第二环形器4进入参考光纤光栅7；
参考光纤光栅7：将来自待测光纤光栅6的光信号反射进光电探测器11；
参考光纤光栅7上设置有波长调节机构，所述参考光纤光栅7具有中心波长1525-1565nm，中心波长可调，以匹配所述待测光纤光栅6中心波长；
所述波长调节机构主要由设置于所述参考光纤光栅7两端的光纤夹持器8和设置于所述光纤夹持器8下部且用于固定所述参考光纤光栅7的位移台构成，所述位移台由底板9和位于底板9上的左右两边的光纤专用位移台10构成；
底板9由长200mm，宽60mm，厚度为5mm的不锈钢板构成；位于底板9上的左右两边的光纤专用位移台10相距100-300mm，分辨率为1μm；
光电探测器11：收集来自参考光纤光栅7的反射信号，并将其转换为电信号；
数据采集卡12：本实施例使用的数据采集卡12的型号为NI USB-6361，采集由光电探测器11得到的模拟电压信号，并输出给计算机13；
计算机13：将由数据采集卡12采集到的信号进行存储、显示和分析。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，主要由以信号线顺序连接的宽带光源、环形器模块、光电探测器和数据采集卡、计算机构成，所述环形器模块封装于外壳内，所述环形器模块内串联有第一环形器和第二环形器，所述第一环形器与第二环形器的端口以线连接，所述第一环形器的侧端连接有待测光纤光栅，所述第二环形器的侧端连接有参考光纤光栅；
所述光电探测器是将输入的光信号转化为模拟电压信号；
所述数据采集卡采集由光电探测器得到的模拟电压信号，并输出给计算机；
所述计算机将由数据采集卡采集到的信号进行存储、显示和分析；
其特征在于，所述参考光纤光栅上设置有波长调节机构，所述参考光纤光栅具有可调的中心波长1525-1565nm，以匹配所述待测光纤光栅中心波长；所述波长调节机构主要由设置于所述参考光纤光栅两端的光纤夹持器和设置于所述光纤夹持器下部且用于固定所述参考光纤光栅的位移台构成，所述位移台由底板和位于底板上的左右两边的光纤专用位移台构成。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述位于底板上的左右两边的光纤专用位移台相距100-300mm，分辨率为1μm。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述第一环形器的Ⅲ端口与所述第二环形器的Ⅰ端口相连。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述第一环形器的Ⅰ端口、Ⅱ端口分别经法兰盘引出至所述外壳，所述第一环形器的Ⅰ端口、Ⅱ端口分别接宽带光源、待测光纤光栅。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述第二环形器的Ⅱ端口、Ⅲ端口分别通过法兰盘引出至所述外壳，所述第二环形器的Ⅱ端口、Ⅲ端口分别接参考光纤光栅、光电探测器。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述光纤夹持器为光纤夹具。
7.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述宽带光源采用C波段或C+L波段的宽带光源，输出功率在5-20mW。
8.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述底板由长200mm，宽60mm，厚度为5mm的不锈钢板构成。
9.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器响应时间测试装置，其特征在于，所述数据采集卡型号为NI USB-6361。
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