[发明专利]一种准分布式复合材料结构应变和温度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，特别是涉及一种具有多参量测量功能、多点测量功能的准分布式复合材料结构应变和温度检测系统。

背景技术

光纤光栅是在光纤中建立起某种空间折射率周期分布，使在其中光的传播特性得以改变的一种光学元件。光纤光栅是在光纤中建立起某种空间折射率周期分布，使在其中光的传播特性得以改变的一种光学元件。当宽带光入射到光纤布喇格光栅时，其反射光的中心波长(布喇格波长)λ_B，由布喇格方程给出：λ_B＝2nΛ

其中，n为纤芯的有效折射率，Λ为光栅周期。由于利用光纤光栅进行传感测量时，被测信号为波长编码，因此如何简单、快速、精确地解调出波长(改变量)，是光纤光栅传感系统中至关重要的问题。在现有技术中若采用光纤光栅对多点进行测量时，多使用光谱仪等进行波长信号的测量，而使得波长信号解调的成本较高；且测量点数受光源带宽的限制；而且当光源的输出功率一定时，测量点数越大，信噪比越低，导致测量误差越大。因此目前的光纤光栅点多参量系统，通常性价比低、难以实现远程监控并且重复性差，同时测量时还需要筛选大量的无用数据，并且测量的信噪比也不高，从而影响到测量的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对复合材料结构健康状态的实时监测的准分布式复合材料结构应变和温度检测系统，具有抗电磁干扰、全光纤型、复用测量点数多、可远程监控并实现无损测量、灵活性强等优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种准分布式复合材料结构应变和温度检测系统，包括宽带光源、光纤隔离器、2×2光纤耦合器、1×m光开关、m×n网络式光纤光栅传感头、光纤可调F-P滤波器、光电转换模块、信号放大器、数据采集卡和计算机，所述的宽带光源输出光经过所述的光纤隔离器进入2×2光纤耦合器的输入端；所述的2×2光纤耦合器的输出光经过2×2光纤耦合器的一个输出端臂进入所述的1×m光开关的输入端；所述的1×m光开关输出光进入所述的m×n网络式光纤光栅传感头；所述的m×n网络式光纤光栅传感头反射光依次经过所述的1×m光开关和2×2光纤耦合器进入所述的光纤可调F-P滤波器的输入端；所述的光纤可调F-P滤波器的输出光经所述的光电转换模块后进入所述的信号放大器；所述的信号放大器将收到的信号放大后由所述的数据采集卡采集到所述的计算机中；所述的计算机与所述的1×m光开关相连。

所述的m×n网络式光纤光栅传感头中的光纤光栅为保偏光纤光栅。

所述的1×m光开关在一个时间段中只有一路的光信号是形成通路的。

所述的计算机控制所述的1×m光开关的通光光路的序号和通光时间，或所述的计算机采用时间均分测量法控制所述的1×m光开关。

所述的光纤可调F-P滤波器的波长与所述的m×n网络式光纤光栅传感头的光纤光栅的峰值特征波长(即传感信号波长)相对应，此时所述的数据采集卡将接收到一个最大模拟电信号，经模数转换后计算机可识别改最大信号并实现信号解调。

所述的m×n网络式光纤光栅传感头的光纤光栅利用表面粘贴或内部埋入的方法安装到被测目标的待测点。

所述的2×2光纤耦合器的另一个输出端臂上安装有折射率匹配液。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明只需一个光纤光栅就能实现应变和温度的同时测量，且不需光谱仪等昂贵的波长解调设备，根据光电转换模块的输出值就可以精确的计算出光栅波长，再与初始波长相比较，就可以得出波长漂移量，从而得知被测量的大小。

(2)本发明利用计算机控制1×m光开关的通光光路i(i为整数，i＝1，2..m)的通光时间，在需要重点监测时，可延长该路的通光时间，确保监测的可靠性。

(3)本发明中的1×m光开关共有m路，其中第i路中共串联有n个光纤光栅传感头，测量的空间分辨率可随测量需要而定，最小可达到光纤光栅的长度即1cm。

(4)本发明当光纤光栅受被测参量调制其峰值特征波长漂移时，由于光纤可调F-P滤波器的波长与光纤光栅峰值特征波长对应，使光纤可调F-P滤波器输出光达最大响应，在光电转换和模数转换后可由计算机识别该最大信号，即实现解调，具有解调速度快、无双值问题等优点。