[发明专利]一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法有效

专利信息
申请号: 201510999979.2 申请日: 2015-12-28
公开(公告)号: CN105424252B 公开(公告)日: 2018-08-14
发明(设计)人: 邓向阳 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院流体物理研究所
主分类号: G01L5/00 分类号: G01L5/00;G01L1/24
代理公司: 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 51214 代理人: 徐静
地址: 621000 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 光纤 光栅 冲击 压力传感器 处理 方法
【说明书】:

发明涉及测量技术领域,尤其是一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法。本发明所要解决的技术问题是:针对利用不等臂光纤Mach‑Zehnder干涉装置,将冲击压力引起光纤光栅的波长移动转换为干涉信号,从而检测相位差的测量方法存在的缺点,提出了一种边孔光纤光栅传感器来测量冲击压力。本发明中将三端口环形器第三端口输出的光脉冲信号进行二级放大,同时进行信号延迟后输出至信号处理装置;信号处理装置接收放大及延迟单输出的光信号,并通过信号处理装置的光电转换器将光脉冲信号转换为电信号,然后通过信号处理装置的示波器进行记录后,通过信号处理装置的处理器进行计算冲击波压力。

技术领域

本发明涉及测量技术领域,尤其是一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法。

背景技术

在冲击波物理、爆轰物理领域内,精确测量冲击压力对材料的物态方程及本构关系、含能炸药的燃烧-爆轰转换、高能炸药冲击起爆和爆轰性能、材料的冲击相变和材料动态损伤及断裂等研究具有重要意义。精确测量介质内的冲击压力对常规武器设计技术、破坏效应研究和新型材料研究具有直接的参考意义。

文献<利用光纤光栅传感器测量炸药内的冲击压力>(P.G.Van't Hof,L.K.Cheng,J.H.G.Schopltes,W.C.Prinse.Dynamic Pressure Measurement of Shock Waves inExplos ives by Means of a Fiber Bragg Grat ing Sensor,Proc.of SPIE Vol.6279,62791Y,(2007)0277-786/07.)报导了利用不等臂光纤Mach-Zehnder干涉装置,将冲击压力引起光纤光栅的波长移动转换为干涉信号,从而检测相位差的测量方法。该文献报导的所测冲击压力峰值约为1GPa,系统时间分辨本领为亚微秒量级。该技术存在以下不足:1)系统时间分辨本为亚微秒量级,对快冲击过程很难完全响应,造成信号“失真”,甚至“丢失”;2)需要预先精确标定压力-体积曲线,否则无法计算出冲击压力;3)很难精确地将不等臂光纤Mach-Zehnder干涉装置的光程差控制在1±0.1mm左右;4)所测冲击压力的峰值太小,约为1GPa。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:针对利用不等臂光纤Mach-Zehnder干涉装置,将冲击压力引起光纤光栅的波长移动转换为干涉信号,从而检测相位差的测量方法存在的缺点,提出一种边孔光纤光栅传感器来测量冲击压力。其具体发明内容如下:

1)将冲击压力引起光纤光栅的波长移动(瞬态频谱信号)转换为时域信号,再通过光电探测器和数字示波器完成信号记录;

2)采用色散傅里叶变换技术将时域信号转换为瞬态频谱信号,从而获得冲击压力引起光纤光栅的波长移动。

本发明采用的技术方案如下:

一种光纤光栅冲击压力传感器包括:

激光器,用于产生重频、飞秒光脉冲,其时域波形如图2所示,其光谱如图3所示。

三端口环形器,用于通过三端口环形器第一端口接收激光器产生的飞秒激光脉冲信号,并通过三端口环形器第二端口输出;从三端口环形器第二端口输出的光脉冲被边孔光纤光栅反射后,光谱将分裂为两个窄“高斯”脉冲;其光谱形状如图4所示。当边孔光纤光栅受到冲击作用时,两个窄“高斯”状脉冲的波长间隔Δλ将发生改变;被边孔光纤光栅反射后的光脉冲从三端口环形器第二端口输入,从三端口环形器第三端口输出至放大及色散单元;

放大及色散单元,用于将三端口环形器第三端口输出的光脉冲进行放大,然后进行色散傅里叶变换将光脉冲的变换为时域信号后进行二级放大,最后将放大后的时域信号输出至信号处理装置;

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