[发明专利]一种基于光纤光栅的大气压力计

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光纤光栅的大气压力计，属于光纤传感技术领域。

背景技术

传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一。在航空航天中，气压是一个重要的参数，气压表可以对很多其他导航仪器进行校准。传统的气压表已经不能完全满足航空航天中对于仪表的防燃防爆防电磁干扰的需要，研制一种体积小巧且抗干扰能力强的气压表成为迫切需要。

光纤光栅是20世纪90年代发展起来的新型光电子器件，经过10多年的发展，光纤光栅的制作技术日趋成熟，系统应用不断拓展。由于光纤光栅的敏感变化参量为光的波长，与其他光纤传感器相比，它有许多独特的优势，例如：在一根光纤上可串接多个光栅传感器或在一根光纤上可以同时刻多个光栅，单独寻址；抗电磁干扰能力强；不受光源、传输线路损耗等因素所引起的对光强度变化的干扰；体积小，可以置于结构内；它的测量是绝对值，不需要校零；灵敏度高；抗潮湿、抗腐蚀能力强，可以在恶劣环境中长期使用。

光纤光栅测气压方面的专利较少，现有的中国专利CN102147311A“光纤光栅气压传感器”介绍了利用边孔光栅的空气孔使光纤光栅发生应变，从而引起反射波长变化，从而计算出周围的气压。但是其结构复杂，对光纤光栅造成横向应变，灵敏度低，并没有从工程应用上进行整体传感系统的设计与软硬件的实现。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤光栅传感器引入气压测量领域，提供了一种匹配型光纤布拉格光栅大气压强传感系统的方案，该系统具有检测精度高、灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强、抗震性好的特点。

本发明的技术方案：一种基于光纤光栅的大气压力计，包括：真空膜盒，光纤布拉格光栅，可调谐匹配光栅滤波器，光电探测器，Y型光纤耦合器，光隔离器，ASE宽带光源和信号放大与处理系统；其中光纤布拉格光栅由胶紧固在真空膜盒表面，所述ASE宽带光源，3dB带宽30nm；所述ASE宽带光源经过光隔离器与Y型光纤耦合器的A端口相连接；Y型光纤耦合器的B端口与可调谐匹配光栅滤波器相连，Y型光纤耦合器的C端口与光纤布拉格光栅相连接；所述ASE宽带光源输出的光通过光隔离器，从Y型光纤耦合器的A端口进C端口出，到达光纤布拉格光栅，符合其光栅中心波长的光被光纤布拉格光栅反射后，又从C端口返回Y型光纤耦合器，一半的光从端口A出射后被光隔离器阻隔，另一半的光从B端口输出，进入可调谐匹配光栅滤波器，光信号经其滤波后进入光电探测器，可调谐匹配光栅滤波器的电压和光电探测器输出的电信号同时进入信号放大与处理系统进行处理求得大气压值。

其中光纤布拉格光栅通过502胶紧固在真空膜盒表面，通过光纤布拉格光栅测量真空膜盒的形变量。

所述ASE宽带光源为ASE宽带光源，中心波长1550nm，3dB带宽30nm。

所述Y型光纤耦合器为3dB光纤耦合器，分光比为50:50。

所述可调谐匹配光栅滤波器要与光纤布拉格光栅相匹配，反射率、边模抑制比、3dB带宽参数要基本一致。

所述的光电探测器为半导体PIN型光电二极管电路。

本发明的原理在于：

本发明利用匹配光栅解调发法，解调波长漂移的信息，从而求得光纤光栅的应变大小，即真空膜盒的形变程度，最终得到大气压力值。检测的是光波长而非光功率，光波长信息不受光传输过程中光功率损耗的影响，因而检测精度更高、分辨力更大，噪声更小。本发明灵敏度高，应变分辨力强，而且光纤传感器抗电磁干扰、抗震动、抗潮湿、抗腐蚀等能力很强，使得此套系统在恶劣环境中也能长期正常地使用，并且本发明质量轻、体积小。

本发明与传统的气压表相比优点在于：

1、光纤光栅传感器粘贴于空气膜盒表面，直接测量真空膜盒由于气压变化而产生的应变，省略了复杂的机械传动机构，从结构上提高了精度以及灵敏度。

2、由于用光纤传感器代替了金属的机械传动机构，提高了气压计的抗震性能和抗电磁干扰性能，适用于航空航天工程的复杂环境。

3、所用的可调谐光纤光栅滤波器与粘贴在膜盒上的光纤光栅传感器处于同一温度场中，由于温度产生的中心波长漂移相同，本发明可以自动实现温度补偿。

附图说明

图1是基于光纤光栅的大气压力计的原理框图；

图中，真空膜盒1，光纤布拉格光栅（FBG）2，可调谐匹配光栅滤波器3，ASE宽带光源7，光隔离器6，Y型光纤耦合器5，光电探测器4，信号放大与处理系统8。

具体实施方式