一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法技术

本发明专利技术涉及长周期光纤光栅技术领域，具体涉及一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其获取温度和应变的初始值；然后根据螺旋长周期光纤光栅固定波长的透射强度比值变化量，以及对应的温度灵敏度和应变灵敏度计算相应的温度变化量和应变变化量；最后结合温度和应变的初始值分别计算对应的温度值和应变值。本发明专利技术中基于螺旋长周期光纤光栅透射强度的温度和应变双参数测量方法，以能够同时测量温度和应变并保证测量准确性，同时还能够辅助降低温度和应变的测量成本。助降低温度和应变的测量成本。助降低温度和应变的测量成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法


[0001]本专利技术涉及长周期光纤光栅
，具体涉及一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅可以分为布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)。布拉格光纤光栅的周期约为几百纳米，其理论基础就是布拉格原理。长周期光纤光栅的周期通常为几十到几百微米的长周期光纤光栅，是一种基于纤芯基膜和同向传输的包层膜之间耦合的光栅，有着体积小、质量轻、重复性好等优点。长周期光纤光栅与布拉格光栅相比，具有对温度、应力、折射率变化的灵敏度高且易于制作等特点。因此，长周期光纤光栅在光纤传感和光纤激光领域具有更大的发展潜力和应用前景。
[0003]随着对光纤光栅研究的逐渐深入，长周期光纤光栅的应用范围越来越广。在通信领域中的带通滤波、光纤光源都有着鲜为人知的研究成果。在传感领域，长周期光纤光栅对温度、应力、微弯及折射率变化敏感，因此在温度传感、振动测量、液体气体传感等方面也具有巨大潜能。公开号为CN102162753B的中国专利就公开了《同时测量长周期光纤光栅温度与应变的传感器结构》，其选用高频CO2激光脉冲在光纤中写入的不同周期的一对长周期光纤光栅，分别为一个只对温度变化敏感的长周期光纤光栅，和一个对温度和应变变化均敏感的长周期光纤光栅，将两个长周期光纤光栅进行级联使用，可以准确测出温度和应变各自的变化。
[0004]上述现有方案中的传感器结构用一个特定周期的长周期光纤光栅只对温度变化敏感的特性测量温度变化，用另一个长周期光纤光栅测量温度和应变的变化，从而实现温度和应变的参数测量。现有技术中还有一种螺旋长周期光纤光栅(H
‑
LPG)，其主要用于测量扭转速率、折射率、应变、温度。并且，申请人发现螺旋长周期光纤光栅具有特殊的折射率螺旋调制结构，使得其具备一些普通长周期光纤光栅所没有的功能，例如，螺旋长周期光纤光栅的透射强度与温度和应变有着更好的对应关系，且对温度和应变都有更好的敏感性。因此，申请人想到设计一种基于螺旋长周期光纤光栅透射强度的温度和应变双参数测量方法来提升温度和应变的测量准确性，并且能够通过一个螺旋长周期光纤光栅同时测量温度和应变，以能够降低温度和应变的测量成本。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种基于螺旋长周期光纤光栅透射强度的温度和应变双参数测量方法，以能够同时测量温度和应变并保证测量准确性，同时还能够辅助降低温度和应变的测量成本。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其获取温度和应变的初始值；然后根据螺旋长周期光纤光栅固定波长的透射强度比值变化量，以及对应的温度灵敏度和
应变灵敏度计算相应的温度变化量和应变变化量；最后结合温度和应变的初始值分别计算对应的温度值和应变值。
[0008]优选的，通过如下步骤计算透射强度比值变化量与温度灵敏度和应变灵敏度之间的关系：
[0009]S01：加热螺旋长周期光纤光栅，每间隔固定温度差便获取一次温度值以及对应的透射强度比值；
[0010]S02：对获取的多个温度值及其对应的透射强度比值进行线性拟合，以得到温度透射强度比值线性关系；然后将温度透射强度比值线性关系的斜率作为温度灵敏度；
[0011]S03：给螺旋长周期光纤光栅施加应力，多次获取应变值以及对应的透射强度比值；
[0012]S04：对获取的多个应变值及其对应的透射强度比值进行线性拟合，以得到应变透射强度比值线性关系；然后将应变透射强度比值线性关系的斜率作为应变灵敏度。
[0013]优选的，具体包括以下步骤：
[0014]S1：获取温度、应变的初始值，以及波长λ1的透射强度I
λ1
,波长λ2的透射强度I
λ2
,波长λ3的透射强度I
λ3
和波长λ4的透射强度I
λ4
，并计算波长λ1和λ2的透射强度比值I
λ1
/I
λ2
，以及波长λ3和λ4的透射强度比值I
λ3
/I
λ4
；
[0015]S2：测量螺旋长周期光纤光栅在波长λ1、λ2、λ3和λ4的透射强度随温度变化关系，计算I
λ1
/I
λ2
的温度灵敏度K
11
和I
λ3
/I
λ4
的温度灵敏度K
21
；
[0016]S3：测量螺旋长周期光纤光栅在波长λ1、λ2、λ3和λ4的透射强度随应变变化关系，计算I
λ1
/I
λ2
的应变灵敏度K
12
和I
λ3
/I
λ4
的应变灵敏度K
22
；
[0017]S4：在温度和应变发生变化后，获取波长λ1的透射强度I
λ1
′
,波长λ2的透射强度I
λ2
′
,波长λ3的透射强度I
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′
和波长λ4的透射强度I
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′
，并计算波长λ1和λ2的透射强度比值I
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，以及波长λ3和λ4的透射强度比值I
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；
[0018]S5：根据波长λ1和λ2的透射强度比值变化量(I
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11
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12
，以及波长λ3和λ4的透射强度比值变化量(I
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21
、应变灵敏度K
22
计算温度变化量和应变变化量；
[0019]S6：根据温度、应变的初始值，以及温度变化量和应变变化量分别计算对应的温度值和应变值。
[0020]优选的，步骤S5中，根据公式ΔB1＝K
11
ΔT+K
12
ΔS和ΔB2＝K
21
ΔT+K
22
ΔS计算温度变化量和应变变化量；式中，ΔB1表示波长λ1和λ2的透射强度比值变化量(I
λ1
′
/I
λ2
′‑
I
λ1
/I
λ2
)，ΔB2表示波长λ3和λ4的透射强度比值变化量(I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其特征在于：获取温度和应变的初始值；然后根据螺旋长周期光纤光栅固定波长的透射强度比值变化量，以及对应的温度灵敏度和应变灵敏度计算相应的温度变化量和应变变化量；最后结合温度和应变的初始值分别计算对应的温度值和应变值。2.如权利要求1所述的基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其特征在于，通过如下步骤计算透射强度比值变化量与温度灵敏度和应变灵敏度之间的关系：S01：加热螺旋长周期光纤光栅，每间隔固定温度差便获取一次温度值以及对应的透射强度比值；S02：对获取的多个温度值及其对应的透射强度比值进行线性拟合，以得到温度透射强度比值线性关系；然后将温度透射强度比值线性关系的斜率作为温度灵敏度；S03：给螺旋长周期光纤光栅施加应力，多次获取应变值以及对应的透射强度比值；S04：对获取的多个应变值及其对应的透射强度比值进行线性拟合，以得到应变透射强度比值线性关系；然后将应变透射强度比值线性关系的斜率作为应变灵敏度。3.如权利要求1所述的基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：获取温度、应变的初始值，以及波长λ1的透射强度I
λ1
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；S2：测量螺旋长周期光纤光栅在波长λ1、λ2、λ3和λ4的透射强度随温度变化关系，计算I
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和I
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；S3：测量螺旋长周期光纤光栅在波长λ1、λ2、λ3和λ4的透射强度随应变变化关系，计算I
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；S4：在温度和应变发生变化后，获取波长λ1的透射强度I
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,波长λ2的透射强度I
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，并计算波长λ1和λ2的透射强度比值I
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，以及波长λ3和λ4的透射强度比值变化量(I
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计算温度变化量和应变变化量；S6：根据温度、应变的初始值，以及温度变化量和应变变化量分别计算对应的温度值和应变值。4.如权利要求3所述的基于螺旋长周期光纤光栅的双参数测量方法，其特征在于：步骤S5中，根据公式ΔB1＝K
11
ΔT+K
12
ΔS和ΔB2＝K
21
ΔT+K
22
ΔS计算温度变化量和应变变化量；式中，ΔB1表示波长λ1和λ2的透射强度比值变化量(I
λ1
′
/I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：白云峰，党随虎，唐雪松，刘乔平，夏钦锋，李鹏，徐凯，王鑫，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：