CN116952901A - 基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及伸长量测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及测量装置，实验装置包括光源件、偏振控制件、测量组件以及解调模块，光源件用于出射测量光线；偏振控制件位于测量光线的路径上，将测量光线转换为单偏振分量光线，单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；测量组件包括模拟结构和倾斜光纤光栅，倾斜光纤光栅接收单偏振分量光线并反射或透射部分单偏振分量光线；模拟结构与倾斜光纤光栅连接，用于改变倾斜光纤光栅的工况；解调模块接收倾斜光纤光栅反射或透射倾斜光纤光栅的单偏振分量光线形成光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值；其中，波长范围包括多个特征峰，其获得的测量值具有更高的准确度。

Description

基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及伸长量测量装置

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及伸长量测量装置。

背景技术

倾斜光纤光栅广泛应用于食品工业的质量控制、过程监控或生物医药等各个领域。与传统干涉仪和光纤布拉格光栅不同，特别是倾斜光纤光栅在以下方面具有固有的优势：易地对温度进行校正，对环境具有固有的敏感性，而无需对光纤结构进行物理修饰，并且它们的光谱共振具有极高的q因子。

在相关的技术领域中，目前对光谱图的解调技术都只关注单一的特征峰与外界参量之间的关系，在存在测量误差时导致测量值精确度差。

发明内容

本申请实施例提供一种基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及测量装置，其测量值具有更高的精确度。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于倾斜光纤光栅的实验装置，包括光源件、偏振控制件、测量组件以及解调模块，光源件用于出射测量光线；偏振控制件位于所述测量光线的路径上，将所述测量光线转换为单偏振分量光线，所述单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；

测量组件包括模拟结构和倾斜光纤光栅，所述倾斜光纤光栅接收所述单偏振分量光线并反射或透射部分所述单偏振分量光线；所述模拟结构与所述倾斜光纤光栅连接，用于改变所述倾斜光纤光栅的工况；解调模块接收所述倾斜光纤光栅反射或透射所述倾斜光纤光栅的所述单偏振分量光线形成所述光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值，并生成所述测量值与外界参量的拟合图；其中，所述波长范围包括多个特征峰。

在本申请的一些实施例中，所述的基于倾斜光纤光栅的实验装置还包括光路转换件，光路转换件位于所述倾斜光纤光栅和所述解调模块之间，所述倾斜光纤光栅反射单偏振分量光线形成光谱图时，所述光路转换件接收单偏振分量光线并将所述单偏振分量光线转向所述倾斜光纤光栅，且所述光路转换件接收所述倾斜光纤光栅反射的所述单偏振分量光线并转向解调模块。

在本申请的一些实施例中，所述模拟结构包括透明容纳件以及感温器，所述透明容纳件具有容纳腔，所述容纳腔内盛装有折射率液；所述倾斜光纤光栅设于所述容纳腔内并与所述容纳腔的腔壁固定连接；所述感温器设于所述容纳腔内，用于检测所述折射率液的温度；或，

所述传感器包括固定夹持件以及移动夹持件，固定夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的一端；所述移动夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的另一端，所述移动夹持件远离所述固定夹持件移动时所述倾斜光纤光栅伸长；或，

所述传感器包括固定夹持件以及转动夹持件，所述固定夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的一端；所述转动夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的另一端，所述移动夹持件转动时所述倾斜光纤光栅产生弯曲。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于倾斜光纤光栅的实验装置的测量方法，应用于控制端，包括：

获取各线性光谱图，各所述线性光谱图为不同工况下所述倾斜光纤光栅产生的光谱图并线性转化得到的多个线性光谱图；

获取基准线性光谱图，所述基准线性光谱图为任一所述线性光谱图；

确定各所述线性光谱图与所述基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为相对变化图；

确定多个所述相对变化图在同一波长范围下的多个积分值，所述波长范围内包含多个特征峰；

确定所述基准线性光谱图在相同所述波长范围下的基准积分值；

确定所述积分值与所述基准积分值的比值为测量值；

根据所述测量值确定所述倾斜光纤光栅所处工况。

在本申请的一些实施例中，获取线性光谱图，包括：

获取倾斜光纤光栅在所述S偏振分量或所述P偏振分量照射下的反射光或透射光；

将所述反射光或透射光生成光谱图；

将所述光谱图线性转化为线性光谱图。

在本申请的一些实施例中，所述工况为所述倾斜光纤光栅处于不同折射率的折射率液内；或，所述倾斜光纤光栅的长度不同；或，所述倾斜光纤光栅的挠度不同。

在本申请的一些实施例中，所述确定各所述线性光谱图与所述基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为相对变化图，包括：

于所述线性光谱图的横坐标上等间隔获取取样点，并获取多个所述取样点的纵坐标数值；

于所述基准线性光谱图内相同的取样点获取基准纵坐标数值；

将所述纵坐标数值以及所述基准纵坐标数值之差确定为相对变化图的纵坐标数值，将所述取样点确定为相对变化图的横坐标数值；

根据纵坐标数值和横坐标数值形成的图像点拟合相对变化图。

在本申请的一些实施例中，所述光谱波段的取值宽度大于等于1nm，且小于等于50nm。

在本申请的一些实施例中，所述基准线性光谱图为测量值最小的所述线性光谱图。

第三方面，本申请实施例中提供一种基于倾斜光纤光栅的伸长量测量装置，包括：

光源件，用于出射测量光线；

偏振控制件，位于所述测量光线的路径上，将所述测量光线转换为单偏振分量光线，所述单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；

倾斜光纤光栅，接收所述单偏振分量光线并反射或透射部分所述单偏振分量光线；

固定装置，与所述倾斜光纤光栅连接，用于将所述倾斜光纤光栅固定至待检测物体，所述倾斜光纤光栅随所述待检测物体变换而变换；

解调模块，接收所述倾斜光纤光栅反射或透射所述倾斜光纤光栅的所述单偏振分量光线形成所述光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值；

其中，所述波长范围包括多个特征峰。

基于本申请实施例的实验装置，光源件出射测量光线，测量光线经过偏振控制件后转换为S偏振分量的光线或P偏振分量的光线，S偏振分量的光线或P偏振分量的光线经过倾斜光纤光栅，此时，部分S偏振分量的光线或P偏振分量的光线被倾斜光纤光栅反射，部分S偏振分量的光线或P偏振分量的光线透射倾斜光纤光栅，解调模块接收倾斜光纤光栅反射的S偏振分量光线或P偏振分量光线形成光谱图，或解调模块接收透射倾斜光纤光栅的S偏振分量光线或P偏振分量光线形成光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算对应工况下倾斜光纤光栅的折射率；由于，模拟结构可改变倾斜光纤光栅的工况，如此，可得到倾斜光纤光栅在不同工况下的光谱图，建立倾斜光纤光栅光谱图与各工况之间的数据库，由于，选取光谱图在一波长范围内的部分计算对应工况下倾斜光纤光栅的折射率，由于，该波长范围内包含多个特征峰，即使其中存在某一特征峰或特征谷在光谱图内的数据不准确，也不会该测量值的准确度造成过大的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中的基于倾斜光纤光栅的实验装置的连接关系示意图；

图2为本申请另一实施例中的基于倾斜光纤光栅的实验装置的连接关系示意图；

图3为本申请一实施例中的基于倾斜光纤光栅的实验方法的流程示意图；

图4为本申请一实施例中的线性光谱图；

图5为本申请一实施例中的相对变化图；

图6为本申请一实施例中测量值的拟合图；

图7为本申请另一实施例中测量值的拟合图；

图8为本申请另一实施例中的线性光谱图；

图9为本申请另一实施例中的相对变化图；

图10为本申请另一实施例中的测量值的拟合图；

图11为本申请一实施例中的获取线性光谱图的流程示意图；

图12为本申请一实施例中的确定各线性光谱图与基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为相对变化图的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在相关技术中，倾斜光纤光栅广泛应用于食品工业的质量控制、过程监控或生物医药等各个领域。与传统干涉仪和光纤布拉格光栅不同，特别是倾斜光纤光栅在以下方面具有固有的优势：易地对温度进行校正，对环境具有固有的敏感性，而无需对光纤结构进行物理修饰，并且它们的光谱共振具有极高的q因子。

在相关的技术领域中，目前对光谱图的解调技术都只关注单一的特征峰与外界参量之间的关系，在存在测量误差时导致测量值精确度差。

为了解决上述技术问题，本申请提出了一种基于倾斜光纤光栅的实验装置、实验方法及测量装置，其能够快速测量倾斜光纤光栅的折射率与倾斜光纤光栅所处工况之间的关系。

请参照图1所示，第一方面，本申请实施例提供了一种基于倾斜光纤光栅的实验装置，包括光源件、偏振控制件、测量组件以及解调模块，光源件用于出射测量光线；偏振控制件位于测量光线的路径上，将测量光线转换为单偏振分量光线，单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；

测量组件包括模拟结构和倾斜光纤光栅，倾斜光纤光栅接收单偏振分量光线并反射或透射部分单偏振分量光线；模拟结构与倾斜光纤光栅连接，用于改变倾斜光纤光栅的工况；解调模块接收倾斜光纤光栅反射或透射倾斜光纤光栅的单偏振分量光线形成光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值，并生成测量值与外界参量的拟合图；其中，波长范围包括多个特征峰。

本申请实施例中对光源件配置为ASE宽带光源。在本申请的一些实施例中，测量光线的波长大于等于1500nm，且小于等于1620nm。

偏振控制件用于将测量光线转换为S偏振分量光线或P偏振分量光线，在本申请的一些实施例中，偏振控制件设置为偏振分光棱镜，偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜，偏振分光棱镜利用激光以布鲁斯特角入射时P偏振光透射率为1，而S偏振光透射率小于1的性质，使的P偏振分量完全透过偏振分光棱镜形成一光束，使S偏振分量反射形成一光束，且P偏振分量形成的光束垂直S偏振分量形成的光束，请参照图5所示，测量光线的入射角也即布鲁斯特角的不同仅影响偏振分光棱镜对P振光的透射量以及对S偏振光的折射量；为使P振光的透射以及S偏振光的折射均达到最高，进一步的，在本申请的一些实施例中，测量光线的入射角为90°，此时，P振光的透射以及S偏振光的折射均达到100％。

在本申请的另一些实施例中，偏振控制件配置为偏振控制器，用户可对偏振控制器进行调节以控制通过偏振控制器的测量光线的偏振状态。

倾斜光纤光栅(也称作闪耀光纤布拉格光栅，是一种光栅平面与光纤轴向呈一定的夹角的新型无源光器件。当一束光入射进光纤到达光栅时，满足布拉格条件的都放生布拉格反射，而满足某阶包层辐射模式条件的光将耦合到包层中并与外界环境发生能量交换。所以，倾斜光栅不同倾角的情况下会有不同的谐振峰，光纤光栅的反射波长和光谱的反射率等特性也会随之变化。在某一适当的倾角范围内，倾斜光纤光栅与普通光纤布拉格光栅的反射谱特性十分相似，而在另一合适的倾角范围倾斜光纤光栅还具有长周期光纤光栅相似的特性，因此在用倾斜光纤光栅检测各种环境因素变化时就可以通过检测倾斜光纤光栅的反射谱和透射谱变化，再经过相关解调仪信号分析达到测量的目的。

解调模块用于接收光线、生成图像并对图像进行处理和计算，在本申请的一些实施例中，解调模块包括图像处理件以及软件系统，例如，图像处理件为光栅光纤解调器，软件系统为Labview软件。

基于本申请实施例的实验装置，光源件出射测量光线，测量光线经过偏振控制件后转换为S偏振分量的光线或P偏振分量的光线，S偏振分量的光线或P偏振分量的光线经过倾斜光纤光栅，此时，部分S偏振分量的光线或P偏振分量的光线被倾斜光纤光栅反射，部分S偏振分量的光线或P偏振分量的光线透射倾斜光纤光栅，解调模块接收倾斜光纤光栅反射的S偏振分量光线或P偏振分量光线形成光谱图，或解调模块接收透射倾斜光纤光栅的S偏振分量光线或P偏振分量光线形成光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算对应工况下倾斜光纤光栅的折射率；由于，模拟结构可改变倾斜光纤光栅的工况，如此，可得到倾斜光纤光栅在不同工况下的光谱图，建立倾斜光纤光栅光谱图与各工况之间的数据库，由于，选取光谱图在一波长范围内的部分计算对应工况下倾斜光纤光栅的折射率，由于，该波长范围内包含多个特征峰，即使其中存在某一特征峰或特征谷在光谱图内的数据不准确，也不会该测量值的准确度造成过大的影响，且可以理解的是，该波长范围内的特征峰数量越多，测量值的准确度越高。

另外，测量光线经过偏振控制件转换为S偏振分量的光线或P偏振分量的光线，使得光谱图只存在纵轴的正半轴或负半轴，可以理解的是，S偏振分量的光线在光谱图内形成图像与P偏振分量的光线在光谱图内形成的图像关于光谱图的横轴对称，如此，简化了解调模块对光谱图的处理，提高了解调模块的效率。

请参照图2所示，在本申请的一些实施例中，基于倾斜光纤光栅的实验装置还包括光路转换件，光路转换件位于倾斜光纤光栅和解调模块之间，倾斜光纤光栅反射单偏振分量光线形成光谱图时，光路转换件接收单偏振分量光线并将单偏振分量光线转向倾斜光纤光栅，且光路转换件接收倾斜光纤光栅反射的单偏振分量光线并转向解调模块。

光路转换件用于改变光线的光路，本申请实施例中的对光路转换件不做限定，只要光路转换件能够改变光线的光路即可，在本申请的一些实施例中，光路转换件配置为环形器。

在本申请的一些实施例中，模拟结构包括透明容纳件以及感温器，透明容纳件具有容纳腔，容纳腔内盛装有折射率液；倾斜光纤光栅设于容纳腔内并与容纳腔的腔壁固定连接；感温器设于容纳腔内，用于检测折射率液的温度。

此时，该实验装置用于测量折射率液的折射率与倾斜光纤光栅形成的光谱图之间的关系，折射率液的折射率发生变化时倾斜光纤光栅形成的光谱图随之发生变化。

透明容纳件开设容纳腔用于盛装折射率液以及容纳倾斜光纤光栅，为确保实验的准确性，在本申请的一些实施例中，透明容纳件配置为圆柱状结构，容纳腔配置为圆柱状空腔，且透明容纳件的各处壁厚相同，以使S偏振分量的光线以及P偏振分量的光线从透明容纳件的周壁任意位置入射时具有相同的入射条件。

在本申请的一些实施例中，透明容纳件具有连通容纳腔的开口，传感器还包括封口件，封口件与透明容纳件可拆卸地连接，折射率液可通过该开口注入或排出透明容纳件。

模拟结构还包括固定件，固定件一端与透明容纳件的底壁固定连接，另一端与倾斜光纤光栅固定连接。

在本申请的另一些实施例中，传感器包括固定夹持件以及移动夹持件，固定夹持件固定夹持倾斜光纤光栅的一端；移动夹持件固定夹持倾斜光纤光栅的另一端，移动夹持件远离固定夹持件移动时倾斜光纤光栅伸长量。

此时，该实验装置用于测量倾斜光纤光栅的伸长量与倾斜光纤光栅形成的光谱图之间的关系，倾斜光纤光栅的伸长量发生变化时倾斜光纤光栅形成的光谱图随之发生变化。

本申请实施例中对固定加持件和移动夹持件的具体形状不做限定，可以理解的是，移动夹持件可相对于固定夹持件移动即可。

在本申请的再一些实施例中，传感器包括倾斜光纤光栅、固定夹持件以及转动夹持件，固定夹持件固定夹持倾斜光纤光栅的一端；转动夹持件固定夹持倾斜光纤光栅的另一端，移动夹持件转动时倾斜光纤光栅产生弯曲。

此时，该实验装置用于测量倾斜光纤光栅的伸长量与倾斜光纤光栅形成的光谱图之间的关系，倾斜光纤光栅的伸长量发生变化时倾斜光纤光栅形成的光谱图随之发生变化。

请参照图3所示，第二方面，本申请实施例提供了一种实验方法，应用于控制端，包括：

S100、获取各线性光谱图，各线性光谱图为不同工况下倾斜光纤光栅产生的光谱图并线性转化得到的多个线性光谱图；请参照图4，为倾斜光纤光栅在不同折射率的折射率液下形成的光谱图转换成的线性光谱图，折射液的折射率分别为1.315、1.33、1.345、1.36以及1.375；请参照图5，为倾斜光纤光栅在不同的伸长量下形成的光谱图转换成的线性光谱图，倾斜光纤光栅的伸长量分别为0μm、20μm、40μm以及60μm。其中，工况为倾斜光纤光栅处于不同折射率的折射率液内；或，倾斜光纤光栅的长度不同；或，倾斜光纤光栅的挠度不同。可以理解的是，工况也可以是倾斜光纤光栅的收缩量或倾斜光纤光栅所处温度等。

S200、获取基准线性光谱图，基准线性光谱图为任一线性光谱图；例如，在倾斜光纤光栅测量折射液的折射率时，基准线性光谱图可以是折射液的折射率为1.315、1.33、1.345、1.36或1.375时形成的线性光谱图；同理，在倾斜光纤光栅测量自身的伸长量时，基准线性光谱图可以是倾斜光纤光栅伸长量为0μm、20μm、40μm或60μm时倾斜光纤光栅形成的线性光谱图。

在本申请的一些实施例中，基准线性光谱图为测量值最小的线性光谱图，在倾斜光纤光栅测量折射液的折射率时，基准线性光谱图为折射液的折射率为1.315时倾斜光纤光栅形成的线性光谱图；在倾斜光纤光栅测量自身的伸长量时，基准线性光谱图为倾斜光纤光栅伸长量为0μm时倾斜光纤光栅形成的线性光谱图。

S300、确定各线性光谱图与基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为多个相对变化图；请参照图6，图6为以折射液的折射率为1.315时倾斜光纤光栅形成的线性光谱图为基准线性光谱图，以折射液的折射率为1.345时的线性光谱图减去基准线性光谱图形成的相对变化图；请参照图7，图7为以倾斜光纤光栅的伸长量为0μm时倾斜光纤光栅形成的线性光谱图为基准线性光谱图，以倾斜光纤光栅的伸长量为50μm时的线性光谱图减去基准线性光谱图形成的相对变化图。

S400、确定多个相对变化图在同一波长范围下的多个积分值，波长范围内包含多个特征峰；在本申请的一些实施例中，光谱波段的取值宽度大于等于1nm，且小于等于50nm，例如，光谱波段为2nm、5nm、10nm、13nm、16nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm以及50nm。可以理解的是，光谱波段的取值宽度不局限于上述的示例，光谱波段的取值宽度可以是1nm至50nm之间的任意值。示例性地，若光谱波段的宽度取值为5nm，则以相对变化图的纵轴的0点开始以5nm为间隔计算相对变化图在光谱波段的宽度为5nm下的积分值。

S500、确定基准线性光谱图在相同波长范围下的基准积分值；示例性地，若光谱波段的宽度取值为5nm，则以基准线性光谱图的纵轴的0点开始以5nm为间隔计算基准线性光谱图在光谱波段的宽度为5nm下的积分值。

S600、确定多个积分值分别与基准积分值的比值为测量值；示例性地，以相对变化图在光谱波段的宽度为5nm下的积分值除以基准线性光谱图在光谱波段的宽度为5nm下的积分值得到光谱波段的宽度为5nm时的测量值。请参照图8所示，为光谱波段的宽度取值为5nm，光谱波段的取值为1524.5nm至1529.5

nm、光谱波段的取值为1548.5nm至1553.5nm以及光谱波段的取值为1564.5nm至1569.5nm，计算的各相对变换图中此范围内的测量值。示例性地，计算基准线性光谱图中光谱波段的取值为1524.5nm至1529.5nm中的基准积分值，计算折射液在各折射率下相对变化图中光谱波段的取值为1524.5nm至1529.5nm中的多个积分值，用每个积分值除以基准积分值得到多个测量值，多个测量值拟合为图8中斜率为19.15027的线条。请参照图9所示，为光谱波段的宽度取值为10nm时的测量值。请参照图10所示，光谱波段的取值为1525nm至1530nm以及光谱波段的取值为1533nm至1558nm，计算的各相对变换图中此范围内的测量值。示例性地，计算基准线性光谱图中光谱波段的取值为1525nm至1530nm中的基准积分值，计算倾斜光纤光栅在伸长量为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm以及60μm时相对变化图中光谱波段的取值为1525nm至1530nm中的多个积分值，用每个积分值除以基准积分值得到多个测量值，多个测量值拟合为10中斜率为0.00164的线条。

S700、根据测量值确定倾斜光纤光栅所处工况。根据图8所示的斜率即可推断出折射液的折射率。

基于本申请实施例的实验方法，由于本申请实施例中计算积分值时选取相对变化图在一波长范围下的部分进行计算，该波长范围内包含了多个特征峰，即使其中存在某一特征峰或特征谷在相对变换图内的数据不准确，也不会该测量值的准确度造成过大的影响；同理，本申请实施例中计算基准积分值时选取基准线性光谱图在同一波长范围下的部分进行计算，该波长范围内包含了多个特征峰，即使其中存在某一特征峰或特征谷在基准线性光谱图内的数据不准确，也不会该测量值的准确度造成过大的影响，即提高了测量值的准确度。

请参照图11所示，在本申请的一些实施例中，步骤S100获取线性光谱图，包括：

S110、获取倾斜光纤光栅在S偏振分量或P偏振分量照射下的反射光或透射光；

S120、将反射光或透射光生成光谱图；

S130、将光谱图线性转化为线性光谱图。

请参照图12所示，在本申请的一些实施例中，确定各线性光谱图与基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为相对变化图，包括：

S310、于线性光谱图的横坐标上等间隔获取取样点，并获取多个取样点的纵坐标数值；

S320、于基准线性光谱图内相同的取样点获取基准纵坐标数值；

S330、将纵坐标数值以及基准纵坐标数值之差确定为相对变化图的纵坐标数值，将取样点确定为相对变化图的横坐标数值；

S340、根据纵坐标数值和横坐标数值形成的图像点拟合相对变化图。

第三方面，本申请实施例提供一种基于倾斜光纤光栅的伸长量测量装置，包括光源件、偏振控制件、倾斜光纤光栅、固定装置以及解调模块，光源件用于出射测量光线；偏振控制件位于测量光线的路径上，将测量光线转换为单偏振分量光线，单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；倾斜光纤光栅接收单偏振分量光线并反射或透射部分单偏振分量光线；固定装置与倾斜光纤光栅连接，用于将倾斜光纤光栅固定至待检测物体，倾斜光纤光栅的长度随待检测物体的形变量而变换；解调模块接收倾斜光纤光栅反射或透射倾斜光纤光栅的单偏振分量光线形成光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值；其中，波长范围包括多个特征峰。

基于本申请实施例的基于倾斜光纤光栅的伸长量测量装置，通过固定装置将倾斜光纤光栅固定至待测物体上后，待测物体发生形变会带动倾斜光纤光栅进行变化，通过测量倾斜光纤光栅此时的折射率，将此折射率与上述基于倾斜光纤光栅的实验装置所形成的数据库进行对比即可确定待测物体此时的伸长量。可以理解的是，该伸长量测量装置也可用于测量待检测物体的弯曲度。尤其适用于测量各种精密仪器。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于倾斜光纤光栅的实验装置，其特征在于，包括：

光源件，用于出射测量光线；

偏振控制件，位于所述测量光线的路径上，将所述测量光线转换为单偏振分量光线，所述单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；

测量组件，包括模拟结构和倾斜光纤光栅，所述倾斜光纤光栅接收所述单偏振分量光线并反射或透射部分所述单偏振分量光线；所述模拟结构与所述倾斜光纤光栅连接，用于改变所述倾斜光纤光栅的工况；

解调模块，接收所述倾斜光纤光栅反射或透射所述倾斜光纤光栅的所述单偏振分量光线形成光谱图，并选取所述光谱图在一波长范围内的部分计算测量值；

其中，所述波长范围包括多个特征峰。

2.如权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的实验装置，其特征在于，还包括：

光路转换件，位于所述倾斜光纤光栅和所述解调模块之间，所述倾斜光纤光栅反射单偏振分量光线形成光谱图时，所述光路转换件接收单偏振分量光线并将所述单偏振分量光线转向所述倾斜光纤光栅，且所述光路转换件接收所述倾斜光纤光栅反射的所述单偏振分量光线并转向解调模块。

3.如权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的实验装置，其特征在于，所述模拟结构包括透明容纳件以及感温器，所述透明容纳件具有容纳腔，所述容纳腔内盛装有折射率液；所述倾斜光纤光栅设于所述容纳腔内并与所述容纳腔的腔壁固定连接；所述感温器设于所述容纳腔内，用于检测所述折射率液的温度；或，

所述传感器包括固定夹持件以及移动夹持件，固定夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的一端；所述移动夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的另一端，所述移动夹持件远离所述固定夹持件移动时所述倾斜光纤光栅伸长；或，

所述传感器包括固定夹持件以及转动夹持件，所述固定夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的一端；所述转动夹持件固定夹持所述倾斜光纤光栅的另一端，所述移动夹持件转动时所述倾斜光纤光栅产生弯曲。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的基于倾斜光纤光栅的实验装置的测量方法，其特征在于，应用于控制端，包括：

获取各线性光谱图，各所述线性光谱图为不同工况下所述倾斜光纤光栅产生的光谱图并线性转化得到的多个线性光谱图；

获取基准线性光谱图，所述基准线性光谱图为任一所述线性光谱图；

确定各所述线性光谱图与所述基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为多个相对变化图；

确定多个所述相对变化图在同一波长范围下的多个积分值，所述波长范围内包含多个特征峰；

确定所述基准线性光谱图在相同所述波长范围下的基准积分值；

确定多个所述积分值分别与所述基准积分值的比值为测量值；

根据所述测量值确定所述倾斜光纤光栅所处工况。

5.如权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的测量方法，其特征在于，获取线性光谱图，包括：

获取倾斜光纤光栅在所述S偏振分量或所述P偏振分量照射下的反射光或透射光；

将所述反射光或透射光生成光谱图；

将所述光谱图线性转化为线性光谱图。

6.如权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的测量方法，其特征在于，所述确定各所述线性光谱图与所述基准线性光谱图之差的绝对值并拟合为相对变化图，包括：

于所述线性光谱图的横坐标上等间隔获取取样点，并获取多个所述取样点的纵坐标数值；

于所述基准线性光谱图内相同的取样点获取基准纵坐标数值；

将所述纵坐标数值以及所述基准纵坐标数值之差确定为相对变化图的纵坐标数值，将所述取样点确定为相对变化图的横坐标数值；

根据纵坐标数值和横坐标数值形成的图像点拟合相对变化图。

7.如权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的测量方法，其特征在于，所述工况为所述倾斜光纤光栅处于不同折射率的折射率液内；或，所述倾斜光纤光栅的长度不同；或，所述倾斜光纤光栅的挠度不同。

8.如权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的测量方法，其特征在于，所述光谱波段的取值宽度大于等于1nm，且小于等于50nm。

9.如权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的测量方法，其特征在于，所述基准线性光谱图为测量值最小的所述线性光谱图。

10.一种基于倾斜光纤光栅的伸长量测量装置，其特征在于，包括：

光源件，用于出射测量光线；

偏振控制件，位于所述测量光线的路径上，将所述测量光线转换为单偏振分量光线，所述单偏振分量光线为S偏振分量光线或P偏振分量光线；

倾斜光纤光栅，接收所述单偏振分量光线并反射或透射部分所述单偏振分量光线；

固定装置，与所述倾斜光纤光栅连接，用于将所述倾斜光纤光栅固定至待检测物体，所述倾斜光纤光栅的长度随所述待检测物体的形变量而变换；

解调模块，接收所述倾斜光纤光栅反射或透射所述倾斜光纤光栅的所述单偏振分量光线形成所述光谱图，并选取光谱图在一波长范围内的部分计算测量值；

其中，所述波长范围包括多个特征峰。