一种基于重叠多光栅的动态应变测量仪

摘要

一种基于重叠多光栅的动态应变测量仪，包括重叠多光栅、宽带光源、可调谐滤波器、定向耦合器、标准具、光电探测器及解调与控制电路等，重叠多光栅是选用不同的相位模板在传感光纤上的同一区域重叠刻写多个中心波长等间隔分布的传感光栅，其中多个重叠刻写在一起的光纤光栅的中心波长在可调谐滤波器的波长扫描范围内并连续等间隔分布，这样在每个波长扫描周期内可连续多次获得同一被测物理量的传感信息，记录重叠多光栅中每个传感光栅的峰值位置及波长变化即可重构原始动态应变信号，达到提高基于可调谐滤波器光栅解调系统动态应变信号测量带宽的目的。本发明有效提高基于可调谐滤波器光纤光栅传感的测量带宽，可满足动态应变信号对高速和高精度的同时测量需求。

主权项

一种基于重叠多光栅的动态应变测量仪，其特征在于：包括宽带光源(1)、可调谐滤波器(2)、光纤耦合器(3)、隔离器(4)、重叠多光栅(5)、标准具(6)、光电探测器(7)、A/D转换器(8)、计算机(9)、基于FPGA的解调与控制电路(10)、D/A转换器(11)和高压驱动放大电路(12)；所述重叠多光栅(5)是在传感光纤同一区域重复刻写多个具有不同中心波长的传感光栅，重叠多光栅(5)的各中心波长在可调谐滤波器(2)波长扫描范围内应等间隔分布；基于FPGA的解调与控制电路(10)通过D/A转换器(11)与高压驱动器(12)控制宽带光源(1)与可调谐滤波器(2)输出连续的波长，该输出波长经过耦合器(3)后分别进入重叠多光栅(5)和标准具(6)；隔离器(4)用于隔离标准具(6)的反射信号；经过重叠多光栅(5)的反射波和标准具(6)的透射波分别进入光电探测(7)，再通过A/D转换器(8)实时同步采集光电探测器(7)输出的电信号送至基于FPGA的解调与控制电路(10)中；基于FPGA的解调与控制电路(10)实时接收A/D转换器(8)的信号，计算信号中每个波长扫描周期重叠多光栅(5)与标准具(6)的峰值位置，并将计算结果发送给计算机(9)，同时基于FPGA的解调与控制电路(10)用于控制A/D转换器(8)与D/A转换器(11)的工作时序及输出波形；由于标准具(6)每个输出峰值的中心波长固定不变，而重叠多光栅(5)输出的峰值波长在动态应变作用下将会向长波或短波方向移动，计算机(9)通过计算重叠多光栅(5)中每个传感光栅的峰值位置相对标准具(6)各个峰值位置的变化量，即可解算出重叠多光栅(5)中每个传感光栅中心波长的变化；另外由于重叠多光栅(5)的各中心波长在频域上等间隔均匀分布，且可调谐滤波器(2)的输出波长在时域上连续线性分布，重叠多光栅(5)的各中心波长的解算结果在时域上也连续等间隔分布，将重叠多光栅(5)的各中心波长的解算结果按波长的扫描顺序组合起来即可重构动态应变信息。