[实用新型]一种光纤应变-应力同时测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤应变-应力测量技术领域，更具体地，涉及一种光纤应变-应力同时测量装置。

背景技术

准确的光纤应变-应力测量在光纤通信和光纤传感系统中是十分重要的。最常用的光纤应变或者应力测量手段是使用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)，其工作原理是光栅上轴向施加的应变或者侧向施加的应力会导致光栅内部栅区的周期和折射率发生相应变化，进而使得光栅的耦合波长发生一定的漂移，解调光栅耦合波长的漂移量即可得到相应的应变或者应力变化量信息。光纤光栅应变传感器稳定可靠，使用方便，但由于结构因素，其灵敏度大大受限，难以满足高精度测量的需求。

为了满足例如结构健康监测、产品质量监督、地震灾害预警等诸多应用领域对高精度测量的需求，国内外研究人员对光纤应变-应力测量进行了大量的研究。在光纤应变测量方面，提出了基于光纤空气泡F-P结构的光纤应变传感器，实现了4pm/με较低温度效应的应变测量；制作了基于光子晶体光纤的在线马赫泽德干涉仪结构，应变测量灵敏度可达2.1pm/με。在光纤应力测量方面，利用双孔微结构光纤制作成光栅，其侧向应力测量的灵敏度较普通单模光纤高8个数量级；提出了基于光栅结构进行特殊双膜片式封装实现水下应力测量，灵敏度可达7nm/MPa。然而，这些应变或者应力测量结构无法同时测量应变和应力，且灵敏度均有待进一步提高。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种光纤应变-应力同时测量装置，能实现应变和应力变化的同时测量，且灵敏度高。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种光纤应变-应力同时测量装置，其特征在于，包括宽带光源、第一光纤耦合器、应变测量传感模块、第二光纤耦合器、偏振控制器、应力测量传感模块、光谱分析仪和信号处理器；其中，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器均为2×2光纤耦合器，分光比均为50:50；所述宽带光源连接所述第一光纤耦合器的第一输入端；所述第一光纤耦合器的第一输出端通过所述应变测量传感模块连接所述第二光纤耦合器的第一输入端，所述第一光纤耦合器的第二输出端连接所述第二光纤耦合器的第二输入端；所述第二光纤耦合器的第一输出端依次通过所述偏振控制器和所述应力测量传感模块连接所述第二光纤耦合器的第二输出端；所述第一光纤耦合器的第二输入端依次连接所述光谱分析仪和所述信号处理器。

优选地，所述应变测量传感模块包括第一夹具、光纤和第二夹具；所述第一夹具和所述第二夹具固定夹持在所述光纤上，所述光纤在所述第一夹具和所述第二夹具之间的部分绷紧并承受应力，所述第一夹具的位置固定，所述第二夹具能移动。

优选地，所述应力测量传感模块包括第一金属板、保偏光子晶体光纤和第二金属板；所述保偏光子晶体光纤的中部以蜿蜒曲折的形式被平整地夹持在所述第一金属板和所述第二金属板之间。

优选地，所述第一金属板和所述第二金属板的边长为4～9cm，厚度为0.5～2cm，被夹持在所述第一金属板和所述第二金属板之间的所述保偏光子晶体光纤的长度为0.5～0.9m。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、将传统的双通道马赫-泽德干涉结构和萨格耐克干涉结构以级联的方式有机结合，且两种干涉结构能够互不干扰地工作，形成的新型干涉结构同时兼具两种传统干涉结构的特性，能在一次测量过程中实现应变和应力的同时测量。

2、新型干涉结构由两种干涉结构级联而成，分离的光束又会分成多束光束，这就形成了一种多路径的干涉仪，因此，应变和应力引起干涉仪的光谱漂移灵敏度明显高于单个传统的干涉仪结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例的光纤应变-应力同时测量装置结构示意图；

图2是应变测量传感模块的结构示意图；

图3是应力测量传感模块的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-宽带光源，2-第一光纤耦合器，3-应变测量传感模块，4-第二光纤耦合器，5-偏振控制器，6-应力测量传感模块，7-光谱分析仪，8-信号处理器，9-第一夹具，10-第二夹具，11-第一金属板，12-保偏光子晶体光纤，13-第二金属板。

具体实施方式