[发明专利]一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法

说明书

本发明基于裸光纤的光纤传感器应变灵敏度标定方法属于检测技术领域，涉及一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法。该方法由万能试验机作为中介，在同样的试件上加载相同的力时，会得到相同的应力应变，利用未封装过的裸光纤做基准，标定光纤光栅应力应变传感器。在标定过程中，通过操作计算机控制加载装置每次加载的力、并光纤解调仪采集测量数据，利用标定数据，与裸光纤对比，得到光纤光栅应变传感器灵敏度，从而实现光纤光栅传感器应变特性的准确标定。此种方法适用于任意光纤应研究传感器的灵敏度系数标定，避免考虑加载力到拉伸应力的转换及试件弹性模量范围等问题产生的误差，大幅提高了标定精度，且操作方便，快速，易推广。

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法。

背景技术

在测量技术领域中，光纤应变传感器处于十分重要的地位。由于其具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等且灵敏度高，具与光纤遥测技术可内在相容，广泛应用于测量领域中。其原理是是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质，如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，称为被调制的信号光，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量。光纤应变传感器的精度直接依赖于其灵敏度，因此，对光纤应变传感器应变灵敏度的标定尤其重要。随着光纤光栅技术的发展，市面上不同种类的光纤应变传感器越来越多，光纤应变传感器的封装技术和解调技术也多种多样，这些使得现今对光纤应变传感器的标定过程的要求也越来越苛刻，需要更加快速、普适性高的标定系统。而现有的标定方法有时无法满足所有种类的光纤应变传感器的标定需求。因此，如何合理设计标定方法实现可以对不同种类的光纤应变传感器进行快速标定成为目前的主要难题和研究方向。

彭健等人2010年在湖北工业大学学报第125卷第4期发表的《基于等强度梁的光纤光栅测试系统的性能分析》中研究了光纤光栅测试系统的应力应变性能，将光纤应变传感器安装固定在悬臂等强度梁上，进行不同程度的静态加载实验，得到多组光纤应变传感器测量值，将其与应变片的输出信号进行对比，标定光纤应变传感器。白生宝等人在2011年发表的专利号为201110236205.6的专利《一种光纤光栅应变传感器灵敏度标定方法》中介绍了一种确定光纤应变传感器灵敏度的方法，主要是利用四点弯矩梁的性质进行标定，将光纤光栅应变传感器与高精度应变片均置于四点弯矩梁上，通过传感器与高精度应变片测量值的对比，实现了对光纤应变传感器灵敏度系数的标定。闫继送等人在2013年发表的专利号为201310264981.6的专利《一种分布式光纤应变系数标定装置及标定方法》中设计了一种标定分布式光纤应变传感器的装置及方法，通过控制夹具承载平台和电控位移承载平台的移动，标定光纤的应变曲线，最终得到该光纤在规定环境温度下的应变系数。

以上这三种方法虽然实现了从原理上完成标定的过程，但是对于应力应变值的计算和测量并没有精准的评定基准，从而影响整体传感器应变特性的标定，普适性不高、且效率低，且标定过程过于复杂不易推广，在实际应用中对操作人员的要求过大。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法，该方法首先安装连接光纤应变传感器标定硬件系统，采集光纤应变传感器信号进行标定，裸获取光纤—光纤应变传感器波长曲线。避免了应力应变真值无法确定的问题，实现传感器应变灵敏度系数的准确标定。另外，此方法对所有光纤应变传感器都能普遍适用，且满足快速标定的需求。

本发明采用的技术方案是一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法，其特征是，标定方法是由万能试验机作为中介，在同样的试件上加载相同的力时，会得到相同的应力应变，利用未封装过的裸光纤做基准，标定光纤应变传感器。在标定过程中，通过操作计算机控制加载装置每次加载的力、并采用光纤解调仪采集测量数据，利用标定数据，与裸光纤对比，得到光纤应变传感器灵敏度，从而实现光纤应变传感器应变特性的准确标定；方法的具体步骤如下：