【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感信号分析，更具体地说，涉及在传感过程中级联光纤布拉格光栅(fiber bragg grating，fbg)中心波长获取的实现方法。
技术介绍
1、fbg的中心波长对温度和应变响应均具有非常良好的灵敏度和线性度，是一种常见的光纤传感器件。随着光纤光栅传感技术的进一步发展，对传感信号分析的需求也进一步增加，特别是对于大幅度的空间主应变监测而言，传感器由六个级联fbg组成，其中心波长偏移范围较大，每个fbg的解调范围至少为20nm，整个传感器的解调范围至少需要120nm。常见的解调方法难以满足级联fbg在大波长范围内的中心波长解调需求。
2、边缘滤波法可以实现中心波长到反射光强度的转换而无须扫描整个光谱，具有结构简单、波长解调范围大等特点，在大量程级联fbg应变传感信号解调方面具有较大的应用优势。目前已报道的边缘滤波器主要包括可调谐f-p、干涉仪和长周期光纤光栅(longperiod fiber grating,lpfg)三种类型。可调谐f-p和干涉仪的方法解调范围都较小，基于lpfg线性边带的边缘滤波方法结构简单、解调精度较高，但是传统lpfg的光谱范围有限(小于几十纳米)，不能同时实现级联fbg大波长范围(大于120nm)解调。双谐振峰lpfg的四个线性边带可有效拓展光谱解调范围(图1)，远远大于120nm，这有助于空间主应变监测传感器中的级联fbg信号大波长范围解调。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种基于双峰谐振lpfg
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于可调谐双峰谐振lpfg的六轴多维应变传感器级联fbg大波长范围解调方法，通过可调谐双峰谐振lpfg的级联fbg解调系统实现，所述级联fbg解调系统如图2所示，包括宽带光源1、压电陶瓷2、双峰谐振lpfg3、光隔离器4、环形器5、衰减器6、光电探测器7、信号处理系统8、计算机9。所述的宽带光源1依次与双峰谐振lpfg3、光隔离器4、环形器5、衰减器6、光电探测器7通过光纤连接，其中双峰谐振lpfg3固定在压电陶瓷2上，六轴应变传感装置10与环形器5连接；光电探测器7、信号处理系统8、计算机9通过电线连接，其中，信号处理系统8与压电陶瓷2连接。
4、所述的解调方法中，双峰谐振lpfg3作为滤波器，用于将宽带光源1发出的宽带激光过滤为具有四个线性边带的光谱，即宽带光源1发出激光经过双峰谐振lpfg3滤波后形成具有四个线性边带的透射光谱，其中四个线性边带的波长范围远远大于120nm；通过信号处理系统8控制压电陶瓷2发生位移，使固定在压电陶瓷2上的双峰谐振lpfg3发生弯曲形变，从而改变经过双峰谐振lpfg3滤波的光谱；穿过双峰谐振lpfg3的激光经过光隔离器4进入环形器5，然后入射到六轴应变传感装置10的级联fbg中，其中光隔离器4使经过双峰谐振lpfg3滤波的光只能单向传输到环形器5中，而环形器5中的光不会返回到光隔离器3中。级联fbg10的反射光依次经过环形器5、衰减器6进入光电探测器7中，衰减器6的作用是调节经过的光强，避免光强太强超过光电探测器7的测量范围，光电探测器7的作用是将六轴应变传感装置的级联fbg10的反射光强之和转化成电压值，并输入到信号处理系统8中保存。
5、进一步的，所述的光电探测器7得到的是来自六轴应变传感装置10的七个fbg反射光强之和(包括六个应变传感单元和一个温度传感单元)，并将其转化为一个电压值。因此，本专利技术的关键是通过压电陶瓷2将双峰谐振lpfg3的光谱进行七种调控，从而在六轴应变传感装置10的级联fbg中心波长不变的情况下改变七次反射光的强度，并根据提出的解调模型，将光电探测器7转换的七次电压值解算出七个级联fbg的中心波长值。
6、进一步的，通过信号处理系统8控制压电陶瓷2产生位移，从而使固定在压电陶瓷2上的双峰谐振lpfg3发生弯曲形变，这将改变双峰谐振lpfg3的透射光谱。当lpfg3的透射光谱改变后，在六轴应变传感装置的级联fbg10中心波长不变的情况下，级联fbg的反射光强将会发生变化，最终将导致光电探测器7的输出电压发生变化。因此，通过信号处理系统8可以控制压电陶瓷2发生七次位移，光电探测器7则相应输出七个不同的电压值，并记录在信号处理系统中。信号处理系统8将记录的七个电压值，代入到解调模型中，就可以得到此时六轴应变传感装置级联fbg10的七个中心波长，并在计算机9上显示，从而实现对六轴应变传感装置中七点级联fbg的大波长范围(大于120nm)解调。
7、进一步的，所述的六轴应变传感装置10为光纤光栅六轴应变传感单元，结构如图4所示，有六个结构相同的应变传感单元，布置于空间中x、y、z、xy、xz、yz六个方向；同时有一个温度传感单元布置在传感器的底座内部，用于传感器应变测量过程中的温度补偿。具体的：所述的光纤光栅六轴应变传感单元包括支架10-1、底座10-10、布置在六个方向且结构相同的应变传感单元、温度传感单元、光纤10-5、底座10-10、圆柱形封装结构10-8、温度fbg10-9。其中，每个应变传感单元包括2个圆盘10-2、中空圆柱管10-3、应变fbg10-4，所述温度传感单元由盖板10-6、圆柱形空腔10-7、圆柱形封装结构10-8组成。除应变fbg10-4和光纤10-5外，均是由3d打印一体制造而成，相互之间是一个整体。具体结构描述如下：
8、所述支架10-1用来支撑空间中x、y、z、xy、xz、yz六个方向的应变传感单元，每个应变传感单元由两个圆盘10-2、一个中空圆柱管10-3和被封装在其内的fbg10-4组成。fbg10-4位于中空圆柱管10-3的中央，中空圆柱管10-3两端的应变fbg10-4通过固定剂与管内壁固定在一起，避免fbg10-4发生啁啾现象的同时使fbg10-4在应变测量时能与中空圆柱管10-3发生同步形变；所述两个圆盘10-2布置在中空圆柱管10-3外面，中空圆柱管10-3与两个圆盘10-2形成类似哑铃的中空结构，圆盘10-2的作用是在测量过程中防止与被测物发生相对滑动。六个应变传感单元底部固定在底座10-10上。所述底座10-10为中空圆柱体结构，其内部嵌套同轴中空圆管，该圆管内设有圆柱形封装结构10-8和温度fbg10-9，圆管顶部设有盖板10-6，盖板中部设有用于通过应变fbg10-4的通孔。所述圆柱形封装结构10-8与盖板10-6之间存在圆柱形空腔10-7。
9、七个fbg(包括六个应变fbg10-4和一个温度fbg10-9)级联在一起，按照一定的顺序布设在六轴应变传感装置中。首先定义中空圆柱管10-3靠近底座10-10的一端为内端，另一端为外端。第一个fbg从yz方向的中空圆柱管10-3的外端穿入并固定在其内；固定好第一个fbg1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于可调谐双峰谐振LPFG的六轴多维应变传感器级联FBG的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的解调方法通过可调谐双峰谐振LPFG的级联FBG解调系统实现，所述级联FBG解调系统包括宽带光源(1)、压电陶瓷(2)、双峰谐振LPFG(3)、光隔离器(4)、环形器(5)、衰减器(6)、光电探测器(7)、信号处理系统(8)、计算机(9)；所述的宽带光源(1)依次与双峰谐振LPFG(3)、光隔离器(4)、环形器(5)、衰减器(6)、光电探测器(7)通过光纤连接，其中双峰谐振LPFG(3)固定在压电陶瓷(2)上，六轴应变传感装置(10)与环形器(5)连接；光电探测器(7)、信号处理系统(8)、计算机(9)通过电线连接，其中，信号处理系统(8)与压电陶瓷(2)连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于可调谐双峰谐振LPFG的六轴多维应变传感器级联FBG的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的六轴应变传感装置(10)为光纤光栅六轴应变传感单元，有六个结构相同的应变传感单元，布置于空间中X、Y、Z、XY、XZ、YZ六个方向；同时有一个温度传感单元布置在传感器的底座内部，用于传感
3.根据权利要求2所述的一种基于可调谐双峰谐振LPFG的六轴多维应变传感器级联FBG的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的六轴应变传感装置(10)中七个FBG级联布设顺序为：
4.根据权利要求1所述的一种基于可调谐双峰谐振LPFG的六轴多维应变传感器级联FBG的大波长范围解调方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种基于可调谐双峰谐振LPFG的六轴多维应变传感器级联FBG的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的解调模型为：空间应变监测时需要七个FBG级联，以七点级联FBG10进行说明，提出解调模型；七个具有不同中心波长的FBG定义为FBGX、FBGYZ、FBGXY、FBGY、FBGXZ、FBGZ、FBGT，其依次分布在双峰谐振LPFG的四个线性边带上，I1～I7为每个FBG的中心波长偏移的区间；通过信号处理系统(8)控制压电陶瓷(2)使双峰谐振LPFG(3)的透射光谱依次发生规律变化，依次记为a～g光谱；
...【技术特征摘要】
1.一种基于可调谐双峰谐振lpfg的六轴多维应变传感器级联fbg的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的解调方法通过可调谐双峰谐振lpfg的级联fbg解调系统实现，所述级联fbg解调系统包括宽带光源(1)、压电陶瓷(2)、双峰谐振lpfg(3)、光隔离器(4)、环形器(5)、衰减器(6)、光电探测器(7)、信号处理系统(8)、计算机(9)；所述的宽带光源(1)依次与双峰谐振lpfg(3)、光隔离器(4)、环形器(5)、衰减器(6)、光电探测器(7)通过光纤连接，其中双峰谐振lpfg(3)固定在压电陶瓷(2)上，六轴应变传感装置(10)与环形器(5)连接；光电探测器(7)、信号处理系统(8)、计算机(9)通过电线连接，其中，信号处理系统(8)与压电陶瓷(2)连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于可调谐双峰谐振lpfg的六轴多维应变传感器级联fbg的大波长范围解调方法，其特征在于，所述的六轴应变传感装置(10)为光纤光栅六轴应变传感单元，有六个结构相同的应变传感单元，布置于空间中x、y、z、xy、xz、yz六个方向；同时有一个温度传感单元布置在传感器的底座内部，用于传感器应变测量过程中的温度补偿；具体的：所述的光纤光栅六轴应变传感单元包括支架(10-1)、底座(10-10)、布置在六个方向且结构相同的应变传感单元、温度传感单元、光...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓霄，贾斌，杜超，秦卓科，崔丽琴，张琳，张丽，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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