[发明专利]一种光纤光栅冲击压力传感器及处理方法

摘要

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。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。

主权项

1.一种光纤光栅冲击压力传感器，其特征在于包括激光器，用于产生重频飞秒激光信号；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；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；信号处理装置，用于接收放大及色散单元输出的时域信号，并通过信号处理装置的光电转换器将时域信号转换为电信号，然后通过信号处理装置的示波器记录电信号后，再进行数据处理，根据公式(1)计算冲击波压力：Δλ＝KP·P       (1)其中两个分离的“高斯状”光谱之间的波长间隔Δλ仅与冲击波压力P有关，KP为波长‑压力常数；所述信号处理装置的示波器记录电信号后，再进行数据处理，根据公式(1)计算冲击波压力的具体过程是：步骤21：示波器记录的时域信号I(t)为周期信号，其周期T为飞秒激光器的重复频率的倒数；第i个周期内的时域信号Ii(t)与其对应的频域信号是Ii(λ)，并且时域信号的时间t与频域信号的波长λ有式(2)的关系：其中c为真空光速；λ0为激光器的中心波长，λ为激光器的非中心波长，其介于中心波长附近；Z为光纤长度；β1、β2分别为光纤在中心波长下的群速度的倒数和群速度色散；步骤22：设Ii(t)、Ii(λ)的两个分离“高斯”脉冲的间隔分别为Δti、Δλi，则它们有式(3)的关系；式中，D为色散参量，其与群速度色散β₂的关系：步骤23：根据公式(1)，将Ii(λ)的波长间隔Δλi除以波长‑压力常数KP，就可获得该周期内的压力Pi。