[发明专利]一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法

摘要

本发明基于裸光纤的光纤传感器应变灵敏度标定方法属于检测技术领域，涉及一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法。该方法由万能试验机作为中介，在同样的试件上加载相同的力时，会得到相同的应力应变，利用未封装过的裸光纤做基准，标定光纤光栅应力应变传感器。在标定过程中，通过操作计算机控制加载装置每次加载的力、并光纤解调仪采集测量数据，利用标定数据，与裸光纤对比，得到光纤光栅应变传感器灵敏度，从而实现光纤光栅传感器应变特性的准确标定。此种方法适用于任意光纤应研究传感器的灵敏度系数标定，避免考虑加载力到拉伸应力的转换及试件弹性模量范围等问题产生的误差，大幅提高了标定精度，且操作方便，快速，易推广。

主权项

1.一种基于裸光纤的光纤应变传感器灵敏度标定方法，其特征是，标定方法是由万能试验机作为中介，在同样的试件上加载相同的力时，会得到相同的应力应变，利用未封装过的裸光纤做基准，标定光纤应变传感器；在标定过程中，通过操作计算机控制加载装置每次加载的力、并采用光纤解调仪采集测量数据，利用标定数据，与裸光纤对比，得到光纤应变传感器灵敏度，从而实现光纤应变传感器应变特性的准确标定；方法的具体步骤如下：/n第一步、安装连接光纤应变传感器标定硬件系统/n先将光纤应变传感器和裸光纤(2)安装在拉伸试件(3)上，并固定，再将拉伸试件(3)固定在万能试验机(1)的施力部分上，施力部分与计算机(5)连接，控制拉伸试件(3)的拉伸量，光纤应变传感器和裸光纤(2)接入光纤解调仪(4)的通道中，光纤解调仪(4)与计算机(5)连接，用于在相应软件上读取光纤应变传感器波长，相互通讯实现对应力信号的采集；/n第二步、光纤应变传感器标定及信号采集/n标定开始时，启动万能试验机(1)，开启计算机(5)、光纤解调仪(4)；操作计算机利用万能试验机(1)的系统软件实现拉伸试件(3)的高精度拉伸，每次拉伸固定拉伸量；同时，由计算机(5)通过光纤解调仪(4)的系统软件，读取每次万能试验机拉伸后的光纤应变传感器和裸光纤(2)的波长测量值信号，实现对光纤应变传感器和裸光纤(2)波长读数的实时采集读取及存储过程，完成整个光纤应变传感器标定过程；/n第三步、裸光纤—光纤应变传感器波长曲线获取/n计算机(5)内存储有整个标定过程的测量数据，利用计算机(5)对标定数据进行数据分析，进而对标定数据进行光纤应变传感器特征函数拟合；得到裸光纤和光纤应变传感器波长的相关曲线；公式(1)为光纤布拉格光栅的响应峰值波长：公式(2)为改变纤芯折射率和光栅周期时，布拉格波长变化量Δλ_B；由公式(3)计算应力应变变化：/nλ_B＝2n_effΛ (1)/nΔλ_B＝2ΛΔn_eff+2n_effΔΛ (2)/n /n其中：λ_B为光纤光栅波长，n_eff为光纤纤芯的有效折射率，Λ为光栅周期，即栅距，Δn_eff为光纤纤芯的有效折射率变化量，Δε表示应变变化量；/n通过公式(4)求取待标定的光纤应变传感器应变灵敏度系数K，完成光纤应变传感器灵敏度标定；/nK＝ak (4)/n其中，a为裸光纤的应力应变灵敏度系数，k为裸光纤—光纤应变传感器波长曲线斜率；/n采用线性度系数R²作为实验曲线相关性的评定：/n /n式中，为波长λ拟合值与真值均值之差的平方和，其中，为波长λ拟合值，为真值均值；为波长λ真值与真值均值之差的平方和，i为样本序号i＝1,2,…,n，n为样本数。/n