專利名稱：光纖光柵微振動傳感測試儀的制作方法
技術領域：
本新型涉及一種對物體的微弱振動信號進行傳感測量的光纖光柵傳感測試儀，特別是一種適用于由一組或多組光纖布喇格光柵組成的傳感陣列的微振動傳感測試儀。
背景技術：
光纖光柵是一種新型的光子器件，它是在光纖中建立起的一種空間周期性的折射率分布，可以改變和控制光在光纖中的傳播行為。光纖光柵傳感器是借助某種裝置將被測參量的變化轉化為作用于光纖光柵上的應變或溫度的變化，從而引起光纖光柵布喇格波長的變化。通過標定并建立光纖光柵的應變或溫度響應與被測參量變化關系，即可由光纖光柵中心波長的變化，測量出被測量的變化。將光纖光柵陣列與波分復用和時分復用系統(tǒng)相結合，將其埋入材料和結構內部或貼裝在其表面，從而對材料的特性(如溫度、壓力、應變、加速度等)實現多點監(jiān)測。這種傳感器陣列已被廣泛應用于工業(yè)、建筑業(yè)和科學研究等多個領域。
本新型是一種新型的光纖光柵微振動傳感測試儀，以光纖光柵作為傳感器件，對物體的微弱振動進行傳感測量。因采用匹配光纖光柵的方法，儀器具有很高的靈敏度。并且由于采用了全光結構設計，也使儀器具有很大的振動頻率測量范圍。檢索結果表明，目前尚沒有與之一致的光纖光柵微振動傳感測試儀的專利報導。
發(fā)明內容
本儀器設計的目的旨在利用光纖光柵作為傳感器件，對物體的微弱振動信號進行傳感測量。本系統(tǒng)可應用于各種接觸式微弱振動信號測量。
其技術方案如下這種光纖光柵微振動傳感測試儀，它包括單模光纖、光纖布喇格光柵等，其特點是傳感測試儀有兩種連接方案，方案1由寬帶光源發(fā)出的光經單模光纖、光纖布喇格光柵A透射后，經3dB光纖耦合器、單模光纖進入光纖布喇格光柵B，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經耦合器、波分解復用器進入光電轉換器轉換為電信號，通過信號放大電路放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液；方案2由寬帶光源發(fā)出的經光單模光纖、3dB光纖耦合器進入光纖布喇格光柵B，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經3dB光纖耦合器入射到光纖布喇格光柵A，經光纖布喇格光柵A透射后，經波分解復用器進入光電轉換器轉換為電信號，通過信號放大電路放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液。
光纖光柵A與光纖光柵B為匹配光纖光柵，其布喇格波長應基本相同。所謂基本相同，是指任一只光纖光柵的布喇格波長應處于另一只光纖光柵的3dB帶寬以內。
這兩種方案只是光纖光柵位置上的不同，并無原理上區(qū)別。
測試原理是當物體振動時，其振動面會發(fā)生微小的形變。此微小形變作用于光纖光柵上，光纖會因為本身的彈性而產生物理性的伸長或壓縮，從而反射率也由于光纖彈光效應而產生變化。這兩個物理效應使得光纖光柵布喇格波長漂移。由于微振動形變作用造成的布喇格波長漂移通常很小，因此認為波長漂移與形變成比例。而反射或透射譜曲線漂移時不隨物體振動的變化而改變形狀。當物體振動方程為p＝pAsinWAt(1)時，所影響的光纖光柵反射或透射光強相應產生變化，如下式Iout=IinR(λ)|p=0+Iin∂T∂PpAsinwAt--(2)]]>pA和wA分別是聲壓的幅度和角頻率，R(λ)為光纖光柵反射或透射譜函數，Iin和Iout分別為入射進入光纖光柵的光強和輸出的光強。從(2)式我們最終可知道，光纖光柵傳感器輸出光強的交流部分和作用在FBG上的振動形變成比例。
當采用兩只光纖光柵進行傳感時，由于兩只光纖光柵分別粘貼于物體振動面的相對位置，因此，當物體振動時，兩只光纖光柵所受形變正好相反，其布喇格波長的漂移也是向相反方向。因此，可以增加振動檢測的靈敏度。
本新型的有益效果是利用光纖光柵作為傳感器件，采用匹配光纖光柵解調技術，可以達到很高的振動測量靈敏度以及很寬的振動頻率測量范圍。
圖1是本新型傳感測試儀連接方案1的系統(tǒng)結構示意圖圖2是本新型傳感測試儀連接方案1的系統(tǒng)結構示意圖圖中1.寬帶光源，2.單模光纖，3.光纖布喇格光柵A，4.光纖布喇格光柵B，5.折射率匹配液，6.波分解復用器，7.光電轉換器，8.3dB光纖耦合器(環(huán)行器)，9.信號放大電路，10.計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明進行說明實施例傳感測試儀有兩種連接方案，方案1如圖1所示由寬帶光源1發(fā)出的光經單模光纖2、光纖布喇格光柵A3透射后，經3dB光纖耦合器8、單模光纖2進入光纖布喇格光柵B4，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經耦合器、波分解復用器6進入光電轉換器7轉換為電信號，通過信號放大電路9放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)10進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液5。
方案2如圖2所示由寬帶光源發(fā)出的經光單模光纖、3dB光纖耦合器進入光纖布喇格光柵B，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經3dB光纖耦合器入射到光纖布喇格光柵A，經光纖布喇格光柵A透射后，經波分解復用器6進入光電轉換器轉換為電信號，通過信號放大電路9放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)10進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液5。
光纖光柵A(圖中3處)的自由態(tài)中心波長為1547.600nm，峰值反射率為99％，譜寬為0.26nm。光纖光柵B(圖中4處)的自由態(tài)中心波長為1547.700nm，峰值反射率為99％，譜寬為0.25nm。寬帶光源1輸出光波長范圍為1520-1570nm，輸出光功率4mW。光電轉換器7采用InGaAs-PIN光電二極管，其暗電流為0.025nA，響應度為0.85。
在實際應用中，將光纖光柵A或光纖光柵B粘貼于彈性振動面上，信號發(fā)生器發(fā)出單頻正弦波，通過驅動電路及換能器，使該彈性振動面以不同頻率振動。此時，即可在光電轉換器7處檢測到相同頻率的光強變化，經放大電路放大后，由計算機或微處理器組成的數據處理系統(tǒng)10即可顯示出振動的頻率、幅度及頻譜特性。
在多路檢測時，需要加入波分解復用器6，用以將不同波長的光分開，分別經光電轉換、放大后，再送入計算機進行處理。光纖布喇格光柵采用光纖光柵作為基本傳感器件，利用匹配光纖光柵解調技術，達到高靈敏度振動信號測量的目的。利用光電轉換器件將光信號轉換為電信號，進行相關處理。
這兩種方案只是光纖光柵位置上的不同，并無原理上區(qū)別。
由于光纖的端面反射，使得光源的光譜對后端光電檢測器件造成很大的影響。因此，需要將不用的光纖端面浸入折射率匹配液中，以盡量減少端面反射。
由于光纖的端面反射，使得光源的光譜對后端光電檢測器件造成很大的影響。因此，需要將不用的光纖端面浸入折射率匹配液中，以盡量減少端面反射。進行微振動傳感測試時，可根據需要將光纖光柵A和光纖光柵B其中的一只或全部粘貼于待測物體的表面或埋入其內部。具體方法為若只粘貼一只光纖光柵，則應將其粘貼于需要測量物體的表面或埋入其內部。此時，檢測靈敏度相對較低。
若粘貼兩只光纖光柵，則應將其粘貼于物體振動面的兩側相對位置。此時，檢測靈敏度相對校高。
圖1和圖2分別對應以上所述技術方案1與技術議案2。且圖中以1路振動測量為例，在實際應用中，可以根據需要進行路數擴展。
權利要求1.一種光纖光柵微振動傳感測試儀，它包括單模光纖、光纖布喇格光柵，其特征在于傳感測試儀有兩種連接方案，方案1由寬帶光源(1)發(fā)出的光經單模光纖(2)、光纖布喇格光柵A(3)透射后，經3dB光纖耦合器(8)、單模光纖(2)進入光纖布喇格光柵B(4)，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經耦合器、波分解復用器(6)進入光電轉換器(7)轉換為電信號，通過信號放大電路(9)放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)(10)進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液(5)；方案2由寬帶光源發(fā)出的經光單模光纖、3dB光纖耦合器進入光纖布喇格光柵B，從光纖布喇格光柵B反射后的光，再經3dB光纖耦合器入射到光纖布喇格光柵A，經光纖布喇格光柵A透射后，經波分解復用器進入光電轉換器轉換為電信號，通過信號放大電路放大，最后進入計算機或微處理器數據處理系統(tǒng)進行處理，從光纖布喇格光柵B透射的光進入折射率匹配液。
2.根據權利要求1所述的光纖光柵微振動傳感測試儀，其特征在于光纖布喇格光柵A與光纖布喇格光柵B為匹配光纖布喇格光柵，并采用匹配光纖光柵解調技術。
3.根據權利要求2所述的光纖光柵微振動傳感測試儀，其特征在于兩個光纖布喇格光柵，可根據檢測需要粘貼其中的一只或兩只。
4.根據權利要求2所述的光纖光柵微振動傳感測試儀，其特征在于光纖布喇格光柵可以是光纖布喇格光柵陣列，由一個或數個光纖布喇格光柵所組成，其組成數量根據網絡系統(tǒng)需要而定。
5.根據權利要求1所述的光纖光柵微振動傳感測試儀，其特征在于所述的3dB耦合器可以是光纖環(huán)形器。
專利摘要本新型涉及一種對物體的微弱振動信號進行傳感測量的光纖光柵傳感測試儀，特別是一種適用于由一組或多組光纖布喇格光柵組成的傳感陣列的微振動傳感測試儀。該新型是由寬帶光源、布喇格光纖光柵、2×2光纖耦合器、匹配液、單模光纖、光電轉換器、放大電路及數據處理等所組成，有兩種連接方式，將光纖光柵經適當封裝后，粘貼于待測物體的振動面上，對物體的微弱振動進行傳感測量，采用匹配光纖光柵的方法，使儀器具有很高的靈敏度。由于采用了全光結構設計，也使儀器具有很大的振動頻率測量范圍。當物體振動時，將引起傳感光纖光柵布喇格波長發(fā)生漂移，通過本儀器可檢測出物體振動的頻率、幅度。本新型可適用于物體振動，特別是微弱振動的測量。
文檔編號G01H9/00GK2708279SQ20032011239
公開日2005年7月6日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權日2003年11月26日
發(fā)明者董孝義, 開桂云, 劉波, 張偉剛, 曾劍, 袁樹忠 申請人:南開大學