[发明专利]基于FP标准具的FBG温度传感器响应测量方法

说明书

本发明公开了一种基于FP标准具的FBG温度传感器响应时间测量系统及方法，其中：ASE光源(1)发出的宽带光首先通过光隔离器(2)进入光环形器(3)一端口，然后光束从光环形器(3)二端口射出进入FBG温度传感器(4)；FBG温度传感器(4)反射光再次进入光环形(3)二端口，从光环形器(3)三端口射出进入FP标准具(5)发生干涉，光电探测器(6)实时探测干涉光强度，光强度信号由数据采集系统(7)实时采集；将FBG传感器波长变化通过FP标准具转换成光强度变化，通过光电探测器探测光强度变化，同时数据采集系统实时采集光强度信号；进而根据FP标准具的干涉强度公式计算出FBG温度传感器的波长变化情况，最终得到FBG温度传感器的响应时间。本发明结构简单，操作简便，FBG温度传感器的响应时间测量精度高，可以应用于工程实际。

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，特别是涉及一种FBG温度传感器响应时间的测量方法。

背景技术

1978年，K.O.Hill等人发现了掺锗光纤的光敏性，并展示了在光纤纤芯上形成光栅的可行性。由此产生了一种新型的光纤无源器件FBG，即光纤布拉格光栅(Fibber BraggGratting)。随着FBG写入技术的不断完善，应用成果的日益丰富，FBG称为目前最有发展前景、最具代表性的光纤无源器件之一。其在温度、应变、压力等多个传感领域的应用研究也进入全新的发展阶段。

FBG温度传感器所在环境温度发生变化时，热量的传递速度与热量传递方式、温差及传感器的封装方式有关。在前两者确定的情况下，封装方式成为主要影响因素。FBG温度传感器温度传递速度通常用响应时间来表征。采用不同封装方式的FBG传感器进行温度测量时，必须要知晓传感器的响应时间。大多数场合的温度场分布可以看作是静态或准静态的，温度变化相对缓慢，此时大多数FBG温度传感器都可以满足温度测量的要求。然而在一些特殊场合，比如海洋温度测量要求速度快，航空航天领域温度变化比较剧烈等，在这些情况下，就要求光纤光栅温度传感器能够有足够快的响应时间，以满足快速温度测量的要求。若是在快速温度检测中，使用了响应时间较长的传感器，会导致温度测量值与真实值之间的误差。

光纤光栅温度传感器的响应时间在一定程度上给测量结果带来不确定性，所以深入探讨光纤光栅传感器的响应时间及测试方法，对实际应用中传感器封装形式的合理选择具有重要意义。因此，本文提出了一种基于FP标准具的FBG温度传感器响应时间系统以及测量方法。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提出一种基于FP标准具的FBG温度传感器响应测量装置及方法，实现于测量环境温度发生变化时，FBG温度传感器对于温度变化的响应时间。

本发明提供了一种基于FP标准具的FBG温度传感器响应时间测量方法，基于包括ASE光源1、光隔离器2、光环形器3、FBG温度传感器4、FP标准具5、光电探测器6、数据采集系统7的测量系统；ASE光源连接光隔离器输入端，光隔离器2输出端接入光环形器3一端口端口，光环形器3二端口接入FBG温度传感器4，光环形器3三端口接入FP标准具5输入端口，FP标准具5输出端口接入光电探测器6；光电探测器6连接数据采集系统7；其中：ASE光源1发出的宽带光首先通过光隔离器2进入光环形器1，然后光束从光环形器3二端口射出进入FBG温度传感器4；FBG温度传感器4反射光再次进入光环形3二端口，从光环形器3三端口射出进入FP标准具5发生干涉，光电探测器6实时探测干涉光强度，光强度信号由数据采集系统7实时采集；该方法包括以下步骤：

接通ASE光源、光电探测器以及信号采集系统的电源；将FBG温度传感器从室温环境中放入温度为70℃的恒温水浴槽中，采集FBG温度传感器因外在环境温度发生变化，波长发生突变过程中，光电探测器接收到光强度信号；

根据FP标准具干涉强度公式(1)计算出FBG温度传感器从室温环境放入到70℃水浴环境这段时间内，FBG温度传感器波长λ的变化情况：