[发明专利]基于光纤布拉格光栅传感器测量系统的实时测量方法

权利要求书

1.基于光纤布拉格光栅传感器测量系统的实时测量方法，本方法所用的基于布拉格光纤光栅传感器测量系统包括可调谐激光光源、分光器、上位机、光功率计和n个光纤光栅传感器；所述光纤光栅传感器为光纤布拉格光栅传感器；上位机连接控制可调谐激光光源和光功率计，可调谐激光光源连接一个3dB耦合器，激光从3dB耦合器的一个分光端口输入、到达其合路端口串接的n个光纤光栅传感器，n为1～120的整数；3dB耦合器的另一分光端口接至光功率计，；并且功率计的同步触发输入口连接可调谐激光光源的同步触发输出口；每个光纤光栅传感器有一定的波长响应范围，其反射光谱在此范围内出现功率反射波峰，功率的峰值P_max对应的波长称为中心波长λ_C，与主模相邻的最高边模的波峰功率为主模底部功率P_min，主模波峰两侧谱线的功率P_min处所对应的波长之差为该光纤光栅传感器反射光谱的带宽λ_BW；各光纤光栅传感器对与其中心波长相同的输入光的反射率为80～90%；其特征在于本实时测量方法的工作步骤如下：

Ⅰ、实验取得各光纤布拉格光栅传感器中心波长与标定的待测物理量之间的线性关系式的标定参数

使用标准仪器标定待测物理量至少三个不同的值，同时记录在各标定的待测物理量作用下对应的各光纤布拉格光栅传感器的中心波长，使用线性拟合方法计算待测物理量与光纤布拉格光栅传感器中心波长的线性关系式，并且记录此线性方程式的响应参数斜率和截距值；

Ⅱ、生成n个光纤光栅传感器的参考数据表

在实时测试之前在初始状态下，使用可调谐激光光源对n个光纤光栅传感器进行波长扫描，通过光功率计测量n个串联光纤光栅传感器的反射光谱分布情况，功率单位为mw，一个波峰代表一个光纤光栅传感器；第i个光纤光栅传感器反射光谱主模峰值功率为P_imax、底部功率为P_imin，i为n个光纤光栅传感器的序号，i=0,1,2,3,……n-1；在第i个光纤光栅传感器反射光谱主模波峰的任意一侧选取具有单调性的一段谱线作为该光纤光栅传感器的参考光谱；参考光谱的上端点对应波长为λ_iH、对应功率为P_iH，其下端点对应波长为λ_iL、对应功率为P_iL，本系统各光纤光栅传感器的参考光谱均取主模波峰左侧或均取右侧，从而得到以i为序的参考数据表，包括初始状态下各个光纤光栅传感器的反射光谱参数λ_iE、λ_i、P_iH以及P_iL，其中λ_i为参考光谱的中间波长，λ_i第一次赋值为λ_i=0.5(λ_iL+λ_iH)；λ_iE＝0.5|λ_iH-λ_iL|  ；同时记录该光纤光栅传感器初始状态下反射光谱的中心波长值λ_iC；

Ⅲ、实测各个光纤光栅传感器对应测试点的物理参量

按照步骤Ⅱ所得参考数据表中n个光纤光栅传感器的波长λ_i依次设定可调谐激光光源的输出波长，使用光功率计实时测量各光纤光栅传感器的反射光功率，记录各λ_i对应的光纤光栅传感器当前的反射光功率，并计算各光纤光栅传感器中心波长偏移量Δλ_i；根据可调谐激光光源的输出波长和反射光功率判定对应的光纤光栅传感器序号，利用插值法由当前反射光功率和参考数据表计算各光纤光栅传感器反射光谱的偏移；根据步骤Ⅰ所得各光纤布拉格光栅传感器中心波长与待测物理量的线性关系式解调得到各传感器所在测试点对应的待测物理量；

IV、持续实时解调待测物理量

不断循环执行步骤Ⅲ，对n个光纤光栅传感器的数据持续循环测定和对待测物理量持续解调，实时跟踪缓变的待测物理量，直至接收到停止命令，运行停止。