CN207585756U - 一种基于弱反射光栅的振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，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。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。

Description

一种基于弱反射光栅的振动测量装置

技术领域

本实用新型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。

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。

实用新型内容

本实用新型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。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，能节省振动测量的时间和扩大振动频率测量范围。

实现本实用新型目的的技术方案是：

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。

所述光栅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。

窄线宽激光器的输出端连接调制器的输入端，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泵浦脉冲光；

调制器的输出端连接光环形器的输入端第一端口，泵浦脉冲光从光环行器的第一端口输入，从第二端口输出，进入光栅传感光纤；

光电探测器接收到从光环行器第三端口输出的光，并将光信号转变成电信号输送给信号处理器。

光在光纤中传输时，由于瑞利散射，散射回的光强随长度的变化呈斜率为负的一条直线，而光栅反射回的光强，将在这条直线上呈n个峰值，以此来判断n个光栅的位置和光强。

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。

该装置的优点是：将OTDR功能与振动测量的功能结合起来，使一个系统实现两个系统的功能；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。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

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实用新型内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

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、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与电光强度调制器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。

所述信号采集处理模块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。

所述光栅传感光纤为普通单模光纤。

由调制器2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。

窄线宽激光器1的输出端连接调制器2的输入端，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；

调制器2的输出端连接光环形器3的输入端第一端口①，泵浦脉冲光从光环行器3的第一端口①输入，从第二端口②输出，进入传感光纤4；

光电探测器5接收到从光环行器3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。

光在光纤中传输时，由于瑞利散射，散射回的光强随长度的变化呈斜率为负的一条直线，而光栅反射回的光强，将在这条直线上呈n个峰值，如图2所示，以此来判断n个光栅的位置和光强。

信号处理器6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 (5)

1.一种基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，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。

2.根据权利要求1所述的基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，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。

3.根据权利要求1所述的基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，所述信号处理模块得到脉冲光到达第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。

4.根据权利要求1或2所述的基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，所述光栅传感光纤为普通单模光纤。

5.根据权利要求1所述的基于弱反射光栅的振动测量装置，其特征是，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。