專利名稱：基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、復(fù)用能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛歡迎。但是傳統(tǒng)的光纖光柵受到本身長度等條件制約，對(duì)于精確位置的應(yīng)變和溫度變化無法探測，只能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布探測，而無法達(dá)到真正意義上的分布式測量。啁啾光纖光柵作為一種重要的光纖器件，已被廣泛地應(yīng)用于濾波、色散補(bǔ)償、脈沖整型以及光纖傳感技術(shù)等領(lǐng)域中。人們已經(jīng)提出了多種實(shí)現(xiàn)啁啾光纖光柵的方法，主要有直接制備的方法和基于周期性光柵的間接實(shí)現(xiàn)方法。直接制備的方法主要有相位掩膜法、光纖彎曲法、非相似波前干涉法、二次曝光法、錐形法等。
英國南安普頓大學(xué)，北京理工大學(xué)簡水生課題組先后報(bào)道了成功寫制超長光柵， 這說明光柵制造工藝的成熟和進(jìn)步，但目前還沒有利用一個(gè)長啁啾光柵分布式同時(shí)測量溫度-應(yīng)變兩種參量的報(bào)道。
另外，在實(shí)際的測量環(huán)境中，光纖光柵常常需要埋入復(fù)合材料中進(jìn)行實(shí)際測量，其所受到的外場作用往往是非均勻外場，這樣會(huì)導(dǎo)致光纖光柵發(fā)生外力啁啾。在外場的作用下，外力啁啾后的光纖光柵的反射光譜在發(fā)生漂移的同時(shí)光譜的形狀也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，該方法首次利用凸字形啁啾光纖光柵受到軸向應(yīng)變變化和點(diǎn)溫突變影響時(shí)光譜變化情況，同時(shí)測量點(diǎn)溫變化和軸向應(yīng)變兩個(gè)參量，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的光柵式傳感器對(duì)溫度和應(yīng)變的毫米級(jí)分布式測量。
本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，包括如下步驟
(1)在光纖上刻寫凸字形啁啾光柵，所述凸字形啁啾光柵的啁啾系數(shù)為P，啁啾光柵沿光纖軸向長度為L，啁啾光柵整體譜寬PXL，啁啾光柵中間L/3 2L/3區(qū)域反射率高于兩側(cè)，形成一個(gè)凸字形反射譜，m個(gè)凸字形反射譜連續(xù)排列，形成連續(xù)譜列；
(2)獲得啁啾光柵的應(yīng)變量ε ζ，具體方法如下
(a)設(shè)凸字形反射譜連續(xù)譜列起始波長為λ，則凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的波長值依次為λ +PL/m、λ +2PL/m.......λ+PL ；
(b)計(jì)算凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的應(yīng)變量￡zi，i為正整數(shù)，且 i e m AAr,
S21=-~-^―Λ, χ( -^)
其中Pe為有效彈光系數(shù)，硅纖介質(zhì)中Pe = 0.22；
Δ λ Bi為布拉格波長的變化量；
λ Bi為布拉格波長，即凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的波長λ+PL/m和 λ +2PL/m.......λ +PL ；
(c)將由步驟(b)計(jì)算得出的凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的應(yīng)變量ε zi 和起始點(diǎn)的應(yīng)變量帶入沿光纖方向的應(yīng)變計(jì)算公式
權(quán)利要求
1.基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，其特征在于包括如下步驟(1)在光纖上刻寫凸字形啁啾光柵，所述凸字形啁啾光柵的啁啾系數(shù)為P，啁啾光柵沿光纖軸向長度為L，啁啾光柵整體譜寬PXL，啁啾光柵中間L/3 2L/3區(qū)域反射率高于兩側(cè)，形成一個(gè)凸字形反射譜，m個(gè)凸字形反射譜連續(xù)排列，形成連續(xù)譜列；(2)獲得啁啾光柵的應(yīng)變量εζ，具體方法如下(a)設(shè)凸字形反射譜連續(xù)譜列起始波長為λ，則凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的波長值依次為λ +PL/m、λ +2PL/m.......λ+PL ；(b)計(jì)算凸字形反射譜連續(xù)譜列中m個(gè)拐點(diǎn)處的應(yīng)變量εzi，i為正整數(shù)，且i e m
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，其特征在于 所述步驟(1)中凸字形反射譜三段光柵反射率分別為D、E、D，其中D < Ε，且D與E均在 30% 80%之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于啁啾光柵的應(yīng)變-溫變雙參量測量方法，該測量方法通過在光纖上刻寫凸字形啁啾光柵，凸字形啁啾光柵的啁啾系數(shù)為P，啁啾光柵沿光纖軸向長度為L，啁啾光柵整體譜寬P×L，啁啾光柵中間L/3～2L/3區(qū)域反射率高于兩側(cè)，形成一個(gè)凸字形反射譜，m個(gè)凸字形反射譜連續(xù)排列，形成連續(xù)譜列；進(jìn)而獲得啁啾光柵的應(yīng)變量εz，啁啾光柵的溫變量ΔT及點(diǎn)溫變化位置z′，本發(fā)明首次利用凸字形啁啾光纖光柵受到軸向應(yīng)變變化和點(diǎn)溫突變影響時(shí)光譜變化情況，同時(shí)測量點(diǎn)溫變化和軸向應(yīng)變兩個(gè)參量，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的光柵式傳感器對(duì)溫度和應(yīng)變的毫米級(jí)分布式測量，大大提高了高階應(yīng)變的測量能力和溫變位置的精確度。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102519379SQ20111041233
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者史青, 陳青松 申請(qǐng)人:北京遙測技術(shù)研究所