[发明专利]实现分布式位置识别的长啁啾光纤光栅传感系统

说明书

本发明公开了一种实现分布式位置识别的长啁啾光纤光栅传感系统，包括长啁啾光纤光栅、解调仪、50:50耦合器和ASE宽带光源，其中，对所述长啁啾光纤光栅分别间隔一定距离进行标定并在标定处进行加载，载荷作用在长啁啾光纤光栅的不同距离的位置信息被调制到宽带反射谱中，由50:50耦合器进入解调仪中进行解调。在位置测量方面，相比于传统光纤分布式测量技术，本发明使用的长啁啾光纤光栅具有空间分辨率高，解调系统成本低优势。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及长啁啾光纤光栅分布式位置识别的传感器系统。

背景技术

位置传感器是用来检测物体位置的传感器，广泛的应用在控制、运动监测领域。传统的位置传感器可以根据检测的方式可以简单分为非接触式和接触式传感器。例如行程开关就是典型的接触式位置传感器，物体接触到行程开关，触头动作，从而完成控制。常见的位置传感器均为电学传感器，重量大、难复用、易受电磁干扰，复合材料兼容性差，难以适用于航空位置测量、光传飞控等特殊场合。

自1978年加拿大K.O.Hill等发明了光纤光栅以来，光纤光栅的种类、制作、封装、应用都得到了飞速发展。其中以光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器为代表。因其具有灵敏度高、不受电磁干扰、防水性能好、体积小、重量轻、可靠性高、可埋入复合材料等优点，迅速成为优良传感器元件。已经被广泛应用于多个领域。但因其本身结构所限，具有难以实现分布式连续测量，测量范围小问题。限制了其进一步发展。与周期均匀栅距的FBG不同，啁啾光纤光栅(Chirped Fiber Bragg Gratings，CFBG)具有周期不均匀的栅区间隔，在继承了FBG优点的同时，还具有反射带宽大，能够实现分布式测量等FBG不具有的特点。近年来成为新的研究热点。2014年，南秋明等通过引入参考光栅在利用啁啾光纤光栅测量中，实现了高线性度的应变和温度传感器；2016年，刘智超等基于啁啾光栅完成了粮仓测温网络的研究，实现了大容量温度测量组网；同年，Eamonn等实现了应变分辨率9.1με的全分布式啁啾光纤光栅应变测量；

Tomasz等使用定制锥形啁啾光纤光栅获得了宽范围的单调应变响应。

发明内容

本发明提供一种具有空间分辨率高，解调系统成本低的能够实现分布式位置识别的长啁啾光纤光栅传感系统。

本发明的技术方案：一种实现分布式位置识别的长啁啾光纤光栅传感系统，包括长啁啾光纤光栅、解调仪、50:50耦合器和ASE宽带光源，其特征在于，对所述长啁啾光纤光栅分别间隔一定距离进行标定并在标定处进行加载，载荷作用在长啁啾光纤光栅的不同距离的位置信息被调制到宽带反射谱中，由50:50耦合器进入解调仪中进行解调。

优选的，所述ASE宽带光源为C+L波段宽带光源，用于发射不同波长的光线，不同波长的光进入啁啾光纤光栅后在不同的位置满足布拉格条件而被反射，形成宽带反射谱。

优选的，所述解调仪采用线阵InGaAs图像传感器，用于测量光谱变化，所述图像传感器在1520～1595nm波长范围内有512像素，波长间隔在为0.146nm～0.150nm范围内。

优选的，所述长啁啾光纤光栅的长度在30cm～50cm范围内，其中所述的长啁啾光纤光栅的长度在30cm上具有9nm的啁啾量。

优选的，所述长啁啾光纤光栅波长与位置的关系如公式所示：

L＝36λ-56654.97

其中，λ表示波长，L表示位置长度。

本发明的有益效果：本发明分布式位置识别的长啁啾光纤光栅传感系统，通过对长啁啾光纤光栅不同位置进行加载，通过测定波长与位置之间的关系，实现分布式位置的测量，在位置测量方面，相比于传统光纤分布式测量技术，本发明使用的长啁啾光纤光栅具有空间分辨率高，解调系统成本低优势。