CN210036956U - 一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，包括激光器、环行器、光电转换、信号采集单元、主控模块，其特征在于：还包括传输光纤、光纤光栅、固定装置，所述传输光纤上设置有多个光纤光栅，所述光纤光栅两端通过固定装置拉直与被测物品接触；所述环行器分别与激光器、光纤光栅和光电转换连接；激光器另一端经由主控模块与信号采集单元连接，光电转换的输出端连接信号采集单元；所述主控模块通过信号采集单元采集电信号进行分析，主控模块获取光纤光栅的中心波长λ₁后，切换激光器工作于定波长输出状态，当接入光纤光栅传感器大于一时，激光器工作在多个指定中心波长λ₂、中心波长λ₃输出进行顺序切换。

Description

一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置

技术领域

本实用新型涉及振动测量技术领域，尤其涉及一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置。

背景技术

振动测试技术发展到今天正逐步走向完善，振动测量通常包括振动的唯一、速度、加速度，噪声的声压，压强、和激振力的测量，这些参数通常称为动态参数。动态测量是指由传感器测得这些非电物理并转换为电信号，然后经过放大、滤波等环节，对信号进行适当调节，并对测量结果进行记录、分析、显示的全过程。因此振动测量属于动态范围测量。目前振动测试技术主要是以传统的机械振动测量为基础，绝大多数采用的是电磁类传感器组成一套针对测试系统，其使用的振动传感器只能达到50-60分贝，远远不能满足许多工程需求，验证制约振动测试家属的发展。光纤传感技术的出现，给传感器的发展带来了前所未有的生命力。

光纤光栅传感器是由石英晶体制成，体积小，重量轻，结构简单，不导电，不易腐蚀，不导电，不受电磁干扰。本身也不产生电磁干扰，同时能实现实时在线，绝对数字式测量，具有测量范围广、精度高、抗干扰能力强、无需调零、长期稳定性好等优点，为实现振动传感的高分辨能力、高信噪比、高准确度和高可信度提供了理想的技术手段，可以广泛应用于航空、航天、海洋工程、是由、土木建筑、机械等领域具有广泛的应用前景。

如今随着技术的成熟，光纤光栅的制作工艺进一步提高，制作成本则逐渐下降，为光纤光栅的大量应用创造了可能，在这个基础上，国内外针对FBG的解调技术加快了研究，结合不同的光源和光路结构，设计出不同的波长解调方法。如今得到广泛应用的解调方法根据光源的不同可以分为宽带光源法和窄带光源法。宽带光源解调方法有光谱仪法、F-P滤波器解调法、干涉解调法，基于双光栅结构的匹配滤波法、阵列波导光栅解调法等。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，采用可调谐激光器作为系统光源，光纤光栅传感器作为传感器，通过设置可调谐激光器的分时输出两组特定波长的光，分别对应于光纤光栅光谱的两侧边沿3db带宽位置，通过两组反射光谱强度变化测量形成自校正，采用一个光纤光栅传感器可以消除振动测量过程中温度影响造成测量误差，提高测量稳定性。

本实用新型的技术方案是：一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，包括激光器、环行器、光电转换、信号采集单元、主控模块，其特征在于：还包括传输光纤、光纤光栅、固定装置，所述传输光纤上设置有多个光纤光栅，所述光纤光栅两端通过固定装置拉直与被测物品接触；

所述环行器分别与激光器、光纤光栅和光电转换连接；

激光器另一端经由主控模块与信号采集单元连接，光电转换的输出端连接信号采集单元；

所述主控模块通过信号采集单元采集电信号进行分析，主控模块获取光纤光栅的中心波长λ₁后，切换激光器工作于定波长输出状态，当接入光纤光栅传感器大于一时，激光器工作在多个指定中心波长λ₂、中心波长λ₃输出进行顺序切换。

进一步地，所述光纤光栅采用单模传输光纤进行刻写制作而成。

采用上述方案的有益效果是：采用可调谐激光器作为系统光源，光纤光栅传感器作为传感器，通过设置可调谐激光器的分时输出两组特定波长的光，分别对应于光纤光栅光谱的两侧边沿3db带宽位置，通过两组反射光谱强度变化测量形成自校正，采用一个光纤光栅传感器可以消除振动测量过程中温度影响造成测量误差，提高测量稳定性。利用激光器配合光纤光栅光谱边沿可实现振动的动态物理量的测量，测量范围大，测量单元体积小，无源，可应用于各种特殊场合。提出的利用光纤光栅反射光谱的两个边沿同时进行测量，一方面可提高振动量的稳定性，另一方面通过两个边沿反射光强的直流分量的差异可补偿光纤光栅因老化导致的波长偏移造成的测量误差。

附图说明

图1为本实用新型一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置的流程示意图；

图3为本实用新型测量光谱强度、测量光功率值、测量中心波长偏移量的关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，图1为本实用新型一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，包括激光器、环行器、光电转换、信号采集单元、主控模块，其特征在于：还包括传输光纤、光纤光栅、固定装置，所述传输光纤上设置有多个光纤光栅，所述光纤光栅两端通过固定装置拉直与被测物品接触；

所述环行器分别与激光器、光纤光栅和光电转换连接；

激光器另一端经由主控模块与信号采集单元连接，光电转换的输出端连接信号采集单元；

所述主控模块通过信号采集单元采集电信号进行分析，主控模块获取光纤光栅的中心波长λ₁后，切换激光器工作于定波长输出状态，当接入光纤光栅传感器大于一时，激光器工作在多个指定中心波长λ₂、中心波长λ₃输出进行顺序切换。

采用单模光纤方便刻出光纤光栅，在单模光纤上刻写光纤光栅时利用紫外光透过相位掩模板后的衍射光形成干涉光，对单模光纤进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化，从而在单模光纤上写入光纤光栅。通过上述方式即可在一根普通单模光纤上刻写多个光纤光栅，然后将单模光纤与被测物品固定接触，利用光纤光栅反射光谱的两个边沿同时进行测量，一方面可提高测量的振动值的稳定性，另一方面通过两个边沿反射光强的直流分量的差异可补偿光纤光栅因老化导致的波长偏移造成的测量误差。

采用激光器作为光源，光纤光栅作为传感器，通过设置激光器输出特定波长、光纤光栅光谱斜边特性，实现对振动动态参量的监测。

作为光滤波器的光纤光栅具有高斯形状反射谱和3db带宽，而用于传感器的光纤光栅为反射光纤光栅，其3dB谱宽为0.3nm。用归一化的光谱反射率曲线H(λ)表示；用R(λ-λ′) 表示中心波长为λ′的反射光纤光栅反射光功率谱密度，其中反射光纤光栅反射光谱通过滤波器后的光强为 I(λ′)＝∫R(λ-λ′)H(λ)dλ

由于光纤光栅的反射谱宽一般仅为0.3nm左右，相对于可调谐激光器的的线性区域的谱宽很窄，可将I(λ′)近似为线性函数：

I(λ′)＝H(λ′∫)R(λ-λ′)dλ

则可知信号光通过边沿滤波器后，滤波器输出光强大小与输入光波长变化之间的关系由光滤波器的特性决定。因此通过实时检测光纤光栅反射光光强的变化就可以得到反射光纤光栅反射光中心波长的漂移情况。

如图3所示，当光纤光栅传感器处于振动环境下，光纤光栅的中心波长会随着外界的周期性振动而发生偏移，由于激光器波长不变，故反射光功率会呈现周期性的振动变化，左右两个边沿的反射谱强度互补，直流做差作为反馈函数，动态调节激光器输出波长λ₁、λ₂。

反射光纤光栅通过光电转换变成电信号后进行采集，通过提取交流分量做傅里叶分析可获得其频谱信息，其中电信号的频谱成分即为测量的振动频率，相关频谱的赋值则与振动的强度成正比。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，包括激光器、环行器、光电转换、信号采集单元、主控模块，其特征在于：还包括传输光纤、光纤光栅、固定装置，所述传输光纤上设置有多个光纤光栅，所述光纤光栅两端通过固定装置拉直与被测物品接触；

所述环行器分别与激光器、光纤光栅和光电转换连接；

激光器另一端经由主控模块与信号采集单元连接，光电转换的输出端连接信号采集单元；

所述主控模块通过信号采集单元采集电信号进行分析，主控模块获取光纤光栅的中心波长λ₁后，切换激光器工作于定波长输出状态，当接入光纤光栅传感器大于一时，激光器工作在多个指定中心波长λ₂、中心波长λ₃输出进行顺序切换。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅双边沿校正解调振动测量装置，其特征在于：所述光纤光栅采用单模传输光纤进行刻写制作而成。

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