[发明专利]一种光纤FPI传感器、测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种光纤FPI传感器，其特征在于，包括：单模光纤和光纤毛细管；

所述单模光纤包括：引导单模光纤和传感单模光纤；所述光纤毛细管包括：传感光纤毛细管和尾部光纤毛细管；

所述引导单模光纤、所述传感光纤毛细管、所述传感单模光纤和所述尾部光纤毛细管按照光传播方向依次级联；

所述引导单模光纤的外径、所述传感光纤毛细管的外径、所述传感单模光纤的外径和所述尾部光纤毛细管的外径均相等；

所述引导单模光纤的内径与所述传感单模光纤的内径相等；所述传感光纤毛细管的内径与所述尾部光纤毛细管的内径相等；所述引导单模光纤的内径和所述传感单模光纤的内径均大于所述传感光纤毛细管的内径和所述尾部光纤毛细管的内径；

所述单模光纤的腔体长度和所述单模光纤的折射率与所述光纤毛细管的腔体长度和所述光纤毛细管的折射率满足公式L₂n₂＝i*L₁n₁+L；

其中，L₁为光纤毛细管的腔体长度，n₁为光纤毛细管的折射率，L₂为单模光纤的腔体长度，n₂为单模光纤的折射率，i为L₂n₂/L₁n₁的最大整除数，L为L₂n₂/L₁n₁的余数。

2.根据权利要求1所述的光纤FPI传感器，其特征在于，所述引导单模光纤的外径、所述传感光纤毛细管的外径、所述传感单模光纤的外径和所述尾部光纤毛细管的外径均为125μm。

3.根据权利要求1所述的光纤FPI传感器，其特征在于，所述引导单模光纤的内径和所述传感单模光纤的内径均为9μm。

4.根据权利要求1所述的光纤FPI传感器，其特征在于，所述传感光纤毛细管的内径和所述尾部光纤毛细管的内径均为75μm。

5.一种测量装置，其特征在于，包括：宽带光源、传输单模光纤、环形器、光谱仪、处理单元和如权利要求1-4任意一项所述的光纤FPI传感器；

所述光纤FPI传感器黏附在待测结构上；所述宽带光源发出的光经所述传输单模光纤进入到所述环形器；所述环形器将光传输给所述光纤FPI传感器；所述光纤FPI传感器将光进行反射后，由所述环形器传输给所述光谱仪；所述光谱仪记录反射光的光谱信息后传输给所述处理单元处理得到测量信息；所述测量信息包括所述待测结构的应变变化量和温度变化量。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述处理单元为计算机。

7.一种测量方法，其特征在于，应用于如权利要求5-6任意一项所述的测量装置；所述测量方法包括：

将如权利要求1-4任意一项所述的光纤FPI传感器黏附于待测结构上以获取光谱数据，并根据所述光谱数据绘制光谱图；

对所述光谱图中的所有峰值进行包络拟合得到上包络；

获取所述光谱图中所有峰值中的第一特定点进行包络拟合得到第一内包络；

获取所述光谱图中所有峰值中的第二特定点进行包络拟合得到第二内包络；

获取峰值波长位置值和交点波长位置值；所述峰值波长位置值为与所述上包络中任一峰值点相对应的波长的位置值；所述交点波长位置值为第一内包络与第二内包络交点的位置值；

获取初始波长位置值和初始交点位置值；所述初始波长位置值为温度值为初始温度、应变值为0με时上包络的峰值位置波长值；所述初始交点位置值为温度值为初始温度、应变值为0με时所述第一内包络与所述第二内包络交点的位置值；

根据待测应变下的光谱峰值位置波长值和所述初始峰值位置波长值确定峰值位置波长差值，根据待测应变下的交点位置值和所述初始交点位置值确定内包络交点波长差值；

获取灵敏度矩阵；

将峰值位置波长差值和所述内包络交点波长差值带入到所述灵敏度矩阵中确定消除交叉敏感后的具有灵敏度放大倍率的应变变化量和温度变化量。