[发明专利]用于温度与应变同时测量的光纤光栅式传感系统及方法

权利要求书

1.一种用于温度与应变同时测量的光纤光栅式传感系统，其特征在于，包括：探测光支路、反馈检测支路、保偏光耦合器、调制单元和计算单元，其中：传感光栅一端与保偏光耦合器相连，另一端经去菲涅耳反射处理，探测光支路输出双边带强度调制的探测光通过输入传感光栅以实现对传感光栅的快轴和慢轴上的透射峰中心进行探测，传感光栅的反射信号通过保偏光耦合器输入反馈检测支路，调制单元根据计算单元的控制指令及读数，向探测光支路输出频率信号，计算单元根据反馈检测支路提供的数据对调制单元的频率参数进行修正，以便将探测光的两个边带锁定在传感光栅相应的透射峰上并计算得到温度和应变。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的探测光支路包括：依次相连的可调谐激光器、光耦合器、光相位调制器、光强度调制器和45°旋转熔接的保偏光纤。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的反馈检测支路包括：信号发生器、偏振分束器、与偏振分束器的两个输出端对应相连的快轴检测支路和慢轴检测支路，其中：信号发生器调控快轴检测支路和慢轴检测支路。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的偏振分束器的输入端与保偏光耦合器的输入端相连，偏振分束器的两个输出端分别对应传感光栅的快轴和慢轴的反射信号。

5.根据权利要求4所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的快轴检测支路和慢轴检测支路结构相同，为串联的光电探测器和锁定放大器。

6.根据权利要求1所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的信号发生器驱动光相位调制器和锁定放大器。

7.根据权利要求1所述的光纤光栅式传感系统，其特征是，所述的传感光栅为保偏光纤上π相移光纤布拉格光栅。

8.一种基于上述任一权利要求所述系统的测量方法，其特征在于，根据锁定后射频信号发生器的信号频率和光波长计读出的可调谐激光器的输出波长，换算后得到传感光栅快慢轴的透射峰的中心频率差，即双折射致频率差和两个透射中心频率的平均值，即光栅布拉格频率；根据双折射致频率差和光栅布拉格频率分别对温度和应变的灵敏度的对应关系，解得待测的温度与应变；

所述的双折射致频率差Δf_Bi为锁定后的射频信号发生器信号频率的2倍；

所述的光栅布拉格频率f_Br为锁定后的可调谐激光器的输出波长的频率形式。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征是，所述的对应关系为：其中：f_Br为光栅布拉格频率，Δf_Bi为双折射致频率差，为光栅布拉格频率对温度的灵敏度，为光栅布拉格频率对应变的灵敏度，为双折射致频率差对温度的灵敏度，为双折射致频率差对应变的灵敏度，T为待测温度，ε为待测应变，T₀和ε₀为待定的温度与应变常量。