分布式光纤光栅传感实验仪制造技术

一种分布式光纤光栅传感实验仪，包括由箱体、引入宽带光源的光源接口，设有相同光纤光栅传感头的悬臂梁及顶杆的传感单元、解调单元，设有光电探测器、放大电路、滤波电路、多路切换开关、数据采集卡、数据处理模块的数据处理单元，设有数显表和数显终端的数显单元以及连接它们的光纤耦合链路构成；本实用新型专利技术采用双悬臂梁双顶杆及参数接近的多光纤光栅传感头的技术方案，克服了现有技术中单点测试、解调方法复杂、实验仪器昂贵的缺陷，实现手动调谐解调悬臂梁挠度，该挠度数据由计算机直接采集使之具有交互式功能；本实用新型专利技术传感单元采用多个光纤光栅，可作为完成光纤光栅准分布式测量技术的重要教学内容；特别适用于相关实验室的教学之用。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种实验仪，特别涉及一种用于教学的分布式光纤光栅传感实验仪。
技术介绍
现有用于教学的光纤光栅传感实验仪，可实现应变和温度测试。公开号为CN1605835A的中国专利技术专利申请披露了实现电流、倾斜角度、振动和位移等参数的检测以及进行光纤导光，光纤弯曲损耗，温度检测实验等。但该申请中披露的物理参量为单点测试，不能满足光纤光栅传感技术的应用，如分布式测试的实验教学。其采用分开封装方式的元器件，故成本并不会低，且位移测微头为人工读数方式，易引入误差，使用也欠方便。另外，公开号为CN1494237A的中国专利技术专利申请披露了在二个耦合器之间设一可插入可调滤波器的连接点的构思，这种插值元器件的价格较高，更适合于工程实际自动快速测试，正是这种自动测试使光纤光栅的工作原理和解调过程无法通过手动直观的交互式了解到，不适宜作教学仪器之用。
技术实现思路
针对上述情况，本技术的目的在于提供一种能实现多点准分布式应变检测，适于原理解剖教学且整体结构紧凑实用的分布式光纤光栅传感实验仪。为实现上述目的，分布式光纤光栅传感传感实验仪，包括由箱体、宽带光源、传感单元、解调单元、数据处理单元、数显单元以及连接它们的光纤耦合链路构成系统，其中系统还设有引入宽带光源的光源接口，所述传感单元和所述解调单元均设有包括与箱体固联的悬臂梁支撑架，固定于支撑架上的悬臂梁，设置于悬臂梁上的光纤光栅传感头以及与悬臂梁垂直设置的顶杆，所述数据处理单元包括光电探测器、放大电路、滤波电路、多路切换开关、数据采集卡、数据处理模块；所述数显单元包括数显表和数显终端；所述光纤耦合链路包括宽带光源从光源接口经第一耦合器到传感单元的光纤光栅传感头并原路返回到第一个光纤耦合器后，再经过第二个光纤耦合器的输出端与所述解调单元中的光纤光栅传感头的一端连接，通过光纤光栅透射后，其光纤光栅传感头的另一端则先后与光电探测器、放大电路、滤波电路及多路切换开关相连，而此多路切换开关的输出信号经数据采集卡采集后输入数据处理模块，同时切换开关输出的信号经过数显表并输入数显终端。为了实现结构优化，改善、提高其综合使用性能，其进一步的措施是所述传感单元的光纤光栅传感头设有多个。所述传感单元的输入端前还设有调谐入口和传感入口。所述调谐入口和传感入口连接时用于测试内部应变，该两入口断开时，调谐入口用于测试温度或其它外部传感。所述顶杆是轴向可调的，而设置在解调单元的顶杆的可调值是可读的。所述顶杆的轴向设有悬臂梁挠度限位块，限位块与顶杆支撑架是一体的。所述顶杆是选用适配于悬臂梁的外径千分尺，并固定在顶杆支撑架上。所述悬臂梁支撑架可沿箱体纵向移动，以实现调节顶杆的初始位置与限位块间的距离。所述顶杆支撑架可沿箱体横向移动。以实现改变顶杆与悬臂梁固定端的距离。所述光电探测器的前端可选择性设置连接光开关的连接点，以代替多路切换开关，完成多路切换功能。本技术由于采用结构相同的双悬臂梁双顶杆以及参数接近的多光纤光栅传感头的技术方案，克服了现有技术中单点测试、解调方法复杂、实验仪器昂贵的缺陷；实现手动调谐解调悬臂梁挠度，该挠度数据由计算机直接采集使之具有交互式功能，最大限度地减少了测量误差；通过数显终端显示的波形的变化，判断调谐光纤光栅是否与传感光纤光栅匹配上，具有匹配过程直观、简短、且能实现交互式的特点；系统的传感与调谐光路为开式结构，可引入其它传感光纤光栅，使整个系统又可单独作为解调仪使用。同时该实验仪的量程范围可通过纵向调整悬臂梁支撑架与横向调整顶杆支撑架实现，且悬臂梁的挠度设有限位块保护装置，避免因误操作导致悬臂梁及光纤光栅折断的严重后果。本技术可作为完成光纤光栅准分布式测量技术教学的重要内容，特别适用于相关实验室的教学之用。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本技术的原理结构示意图。图2为本技术的结构简图。图3为本技术的悬臂梁结构示意图。图4为本技术的光纤光栅传感头结构示意图。图5为本技术的布喇格光纤光栅反射谱。图6为本技术的布喇格光纤光栅透射谱。图7为本技术的放大电路结构原理图。图8为本技术的滤波电路结构原理图。图9为本技术的数据处理模块系统的系统设置模块界面。图10为本技术的数据处理模块系统的参数设置模块界面。图11为本技术的数据处理模块系统的数据采集模块界面。图12为本技术的数据处理模块系统的数据分析模块界面。图13为本技术的光纤光栅悬臂梁调谐曲线图。具体实施方式由附图可见，如图1，图2，图3一种多功能光纤光栅传感实验仪，包括由箱体1、宽带光源2、传感单元3、解调单元4、数据处理单元5、数显单元6以及连接它们的光纤耦合链路构成系统，该系统还设有引入宽带光源2的光源接口21，传感单元3和解调单元4都设有悬臂梁31、41，悬臂梁是93×5×1.6mm钢带，为一端固定、另一端自由梁，其固定端连接在支撑架11上，支撑架11与箱体1固连，光纤光栅传感头32、42粘接在悬臂梁根部的10mm处，其调谐灵敏度为0.2994nm/mm，最大调谐量为2.1nm，与悬臂梁31、41垂直的可调顶杆33、43固定在顶杆支撑架12上，为了节约成本，优化结构，本实施例选用适配于悬臂梁的外径千分尺，并固定在顶杆支撑架12上，其最大行程为7mm，为满足仪器可设计出不同量程的要求，悬臂梁支撑架11可沿箱体纵向移动，实现调节顶杆的初始位置与限位块间的距离，以控制悬臂梁挠度；顶杆支撑架12可沿箱体横向移动，实现改变顶杆与悬臂梁固定端的距离，同样可控制悬臂梁挠度。沿顶杆轴向推入顶杆33、43，悬臂梁31、41会发生弯曲变形，如图3所示，布置在其上的光纤光栅随着梁的变形，光谱分宽带光源2从光源接21引入，经第一耦合器71到传感单元3的光纤光栅传感头32，光纤光栅传感头结构如图4所示，为折射率呈周期变化的Bragg光纤光栅，当满足下面相位匹配条件时，入射光将被反射，反射谱如图5所示λB＝2neffΛ(1)式中λB为Bragg波长，即光栅的反射波长，Λ为光栅周期，neff为光纤材料的有效折射率。经光纤光栅传感头32反射后的窄带光源原路返回到第一个光纤耦合器71后，再经过第二个光纤耦合器72的输出端与所述解调单元4中的光纤光栅传感头42的一端连接，通过光纤光栅透射后，透射谱如图6所示，其光纤光栅传感头的另一端与光电探测器51相连，光电探测是一种宽带接收系统，光电探测器51接收到的光强值是传感单元光纤光栅32光强分布曲线与解调单元光纤光栅42光强分布曲线的卷积。光信号经光电探测器51转化为电信号后输入放大电路52，放大电路52采用了AD620芯片，其结构原理见图7。信号经放大电路52放大后输入滤波电路53，滤波电路采用了LM358芯片，其结构原理见图8。经过滤波电路的处理的信号经多路转化开关54到数据采集卡55，通过多路转化开关54可选择不同调谐光纤光栅，数据采集卡55将电压信号转化为数字信号最后送入数据处理模块56。数据处理模块56的软件系统是所述系统的重要部分，其功能模块由系统设置、参数设置、密码修改、数据采集、数据分析、系统帮助等功能模块组成。整个软件系统选用Microsoft公司的Visual C++6.0开发工具编制本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式光纤光栅传感实验仪，包括由箱体（１）、宽带光源（２）、传感单元（３）、解调单元（４）、数据处理单元（５）、数显单元（６）以及连接它们的光纤耦合链路构成系统，其特征在于系统还设有引入宽带光源（２）的光源接口（２１），所述传感单元（３）和所述解调单元（４）均设有包括与箱体（１）固联的悬臂梁支撑架（１１），固定于支撑架上的悬臂梁（３１、４１），设置于悬臂梁上的光纤光栅传感头（３２、４２）以及与悬臂梁垂直设置的顶杆（３３、４３），所述数据处理单元（５）包括光电探测器（５１）、放大电路（５２）、滤波电路（５３）、多路切换开关（５４）、数据采集卡（５５）、数据处理模块（５６）；所述数显单元（６）包括数显表（６１）和数显终端（６２）；所述光纤耦合链路包括宽带光源（２）从光源接口（２１）经第一耦合器（７１）到传感单元（３）的光纤光栅传感头（３２）并原路返回到第一个光纤耦合器（７１）后，再经过第二个光纤耦合器（７２）的输出端与所述解调单元（４）中的光纤光栅传感头（４２）的一端连接，通过光纤光栅透射后，其光纤光栅传感头（４２）的另一端则先后与光电探测器（５１）、放大电路（５２）、滤波电路（５３）及多路切换开关（５４）相连，而此多路切换开关（５４）的输出信号经数据采集卡（５５）采集后输入数据处理模块（５６），同时切换开关（５４）输出的信号经过数显表（６１）并输入数显终端（６２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍玉，蒋玲莉，张美阳，罗忠诚，杨书仪，肖冬明，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]