[实用新型]一种光纤光栅分布式应变检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于传感技术领域，涉及一种光纤光栅分布式应变检测装置。

背景技术

目前，应变的检测主要使用电阻应变片来实现，虽然其制作简易，检测精度较高，但其有不耐腐蚀，易受电磁干扰等缺点，因此在一些特殊场合不能使用。

FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）是现代光纤传感领域最常见的光学元件之一，其优异的传感特性使得其被广泛应用于大型建筑的结构健康监测、温度监测和铁路落石监测等领域。通常利用FBG的中心波长（Bragg波长）变化与温度、应变等外界物理量的变化呈线性相关的特性实现检测。当FBG用于均匀应变检测时FBG反射率最大值对应的波长也就是Bragg波长，在频谱上发生线性漂移，通过滤波法、干涉法等解调方式可以检测出该漂移量，从而计算应变大小。当应变为非均匀应变时，光纤光栅反射谱发生畸变，应变情况不能再从单一的布拉格波长得到，此时需要基于反射谱法的应变解调系统，即分布式传感解调系统，它既可以通过反射谱实现FBG均匀应变的检测 ，更可以进一步通过算法由反射谱计算得到FBG所感受的非均匀应变分布情况。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种光纤光栅分布式应变检测装置。

本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型包括宽带光源、环形器、耦合器、准直器、反射镜、二维气浮移动平台、光纤布拉格光栅、三态偏振器、衰减器、探测器、数据采集卡及上位机。

宽带光源与环形器的第一端口光连接，环形器的第二端口与耦合器一侧的一个端口光连接，耦合器另一侧的一个端口与准直器光连接，准直器正对反射镜设置，所述的反射镜安装在二维气浮移动平台上。

耦合器另一侧的另一个端口与三态偏振器的一端光连接，三态偏振器的另一端连接光纤布拉格光栅；耦合器一侧的另一个端口与衰减器的一端光连接，衰减器的另一端与平衡探测器的一个探测口连接，平衡探测器的另一个探测口与环形器的第三端口光连接；数据采集卡采集探测器探测到的干涉信号，该干涉信号进入上位机。

进一步说，所述的宽带光源的工作波长为1550nm。

与背景技术相比，本实用新型的有益效果为：

FBG应力检测的长度通常由FBG的长度决定，目前，能实现30mm-100mm长度的检测，本实用新型提出的利用光纤布拉格光栅传感器作为应力分布传感元件，结合OLCR技术（低相干光反射技术）与剥层算法，能实现沿光纤轴向5mm-10mm范围内非均匀应变分布的检测。

该装置所使用的高精度气浮运动平移台所具有的振动噪声小的优点，能实现高精度的定位并避免了FBG反射谱被振动噪声淹没的问题；并且因为气浮平台的匀速运动，使得采样均匀，免除了采用激光参考相位等问题。

该装置使用的平衡探测结构提高了干涉信号信噪比，有助于得到更加准确的应变分布结果。

附图说明

图1是本实用新型的测量系统结构简图。

具体实施方式

一种光纤光栅分布式应变检测系统包括：光纤布拉格光栅应变传感器、平衡探测式光纤光学低相干反射仪和上位机软件。

光纤光栅分布式应变检测系统，其光纤布拉格光栅应变传感器是一种将光纤布拉格光栅埋入或粘贴于待测件表面的应变传感元件，该元件通过光纤与平衡探测式光纤光学低相干反射仪相连接实现光信号的传送。

光纤光栅分布式应变检测系统，其平衡探测式光纤光学低相干反射仪包括光源、光环形器、光耦合器、准直器、反射镜、高精度气浮运动平台、光衰减器、光电探测器等元件，这些元件通过光纤连接组成光纤白光干涉光路。

光纤光栅分布式应变检测系统，其软件部分由硬件控制系统软件及FBG的非均匀应变检测软件组成。其中硬件控制系统软件包含运动平台的控制，采集卡信号采集的控制。所采集到的信号为FBG反射谱对应的时域脉冲响应的实部，通过拉普拉斯变换、傅里叶变换等数学变换得到FBG反射谱，然后使用剥层算法通过反射谱重构FBG上所加载的非均匀应变从而得到FBG上的应变分布情况。

平衡探测式光纤光学低相干反射仪的干涉光路使用之前需要调整测量臂与参考臂的光程差，使光程差在干涉区间范围内；系统检测过程中，气浮平台带动反射镜运动，测量臂与参考臂之间的光程差随之改变，与此同时，光电探测器检测干涉信号。