[实用新型]布拉格光纤光栅应变传感器的灵敏度增强解调装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种光学检测装置技术领域的装置，具体是一种布拉格光纤光栅(FBG)应变传感器的灵敏度增强解调装置。 

背景技术

近年来，光纤传感由于其抗辐射、抗干扰、抗腐蚀、低成本、超小型、无污染、安全可靠等优点，在广泛的领域得到应用。特别的，采用FBG的光纤传感器能够实现高灵敏度的温度、应变测量，从而可以用于高温监控、建筑健康监控、消防安全监测、大坝桥梁的形变检测等。 

一般来说，采用传统单模光纤的布拉格光纤光栅能够得到1pm/με的应变灵敏度[B.Lee,“Review of the present status of optical fiber sensors,”Opt.Fiber Technol.9,57‐79(2003)]。布拉格光纤光栅的应变响应来自于光栅的折射率调制的改变和光纤中栅格周期的改变，对于应变来说，主要是改变栅格周期。因此，通过改变光纤的材料，或者光纤结构，甚至光纤光栅的写制方法，在一定程度上能够提高光纤光栅的应变灵敏度。比如在文献[F.Gu,H.Yu,W.Fang,and L.Tong.“Nanoimprinted polymer micro/nanofiber Bragg gratings for high‐sensitive strain sensing.”IEEE Photon.Technol.Lett.25,22‐24(2013)]中，F.Gu等人采用在微纳光纤上面写制光纤光栅的方法，可以得到2pm/με左右的温度灵敏度，比普通单模光纤光栅的应变灵敏度有所提高。注意到，类似的预处理的方法需要采用特殊的光纤结构或材质，或者需要对光纤光栅的进行特殊的预处理，往往会使得传感器的可靠性、稳定性变差，而且制作复杂，成本也提高。所以，对于得到高灵敏度的应变传感，我们更希望是通过后处理来实现，从而无需对光纤头进行预处理。 

在文献[B.P.‐P.Kuo and Stojan Radic,“Fast wideband source tuning by extra‐cavity parametric process,”Opt.Express 18,19930‐19940(2010)]中，B.KUO等人采用全光信号处理的技术实现了频率啁啾的放大，通过频率啁啾的放大能够有助于提高布拉格光纤光栅的谐振波长漂移的应变响应。 

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103759855A公开(公告)日2014.04.30，公开了一种带有光纤布拉格光栅的温度传感系统，其包括：光源、光纤环形器、一个或多个光纤FBG传感器、耦合器、光纤、准直透镜、光折变全息光栅、聚焦成像透镜、成像装置、处理器。该技术将光纤布拉格光栅传感器引入温度测量领域，基于光信号来传送信息，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、耐高压使用寿命长的优点，且稳定性好、灵敏度高、分辨 率高，并能同时获得来自同一通道上的所有光谱。但该传感器系统采用传统的FBG反射解调方法，一方面其光谱宽、精度差；另一方面，其检测的是温度传感，且其传感器的灵敏度是有FBG本征性质决定，较难适应现有工业需要。 

中国专利文献号CN102589439A公开(公告)日2012.07.18，公开了一种基于光纤布拉格光栅的接触式温度无感三维探测传感器属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域；该传感器包括由泵浦激光器、WDM耦合器、掺铒光纤和分束器组成的宽频光源系统、由EDFA、第一环形器、导管、参考FBG和光纤阻隔器组成的温度补偿系统、探针和由光谱分析仪、光纤耦合器和折射率匹配液组成的信号接收系统装配构成，温度补偿系统的参考FBG放置在探针空间距离30cm内，该技术实现了三维传感，大幅度提高了传感器对环境的适应能力，具有结构简单、实时性好、易于实际应用的特点，在对微小内腔尺寸实施快速、超精密的测量与校准中具有显著优势。但该技术其本征受限的温度灵敏度传感特性，以及其传统解调结构的宽谱导致的低精度。基于该文献描述的传感器系统，其灵敏度依然是由FBG本征性质决定，并且它是一个温度传感系统，而非应变传感系统。 

实用新型内容