专利名称：基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法
技术领域：
本发明涉及基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，属于传感器技术领域。
技术背景
光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、复用能力强、灵敏度高等优点受到广泛欢迎。但是传统的光纤光栅受到本身长度等条件制约，对于精确位置的应变和温度变化无法探测，只能实现准分布探测，而无法达到真正意义上的分布式测量。啁啾光纤光栅作为一种重要的光纤器件，已被广泛地应用于滤波、色散补偿、脉冲整型以及光纤传感技术等领域中。人们已经提出了多种实现啁啾光纤光栅的方法，主要有直接制备的方法和基于周期性光栅的间接实现方法。直接制备的方法主要有相位掩膜法、光纤弯曲法、非相似波前干涉法、二次曝光法、锥形法等。
英国南安普顿大学，北京理工大学简水生课题组先后报道了成功写制超长光栅， 这说明光栅制造工艺的成熟和进步，但目前还没有利用一个长啁啾光栅分布式同时测量温度-应变两种参量的报道。
另外，在实际的测量环境中，光纤光栅常常需要埋入复合材料中进行实际测量，其所受到的外场作用往往是非均勻外场，这样会导致光纤光栅发生外力啁啾。在外场的作用下，外力啁啾后的光纤光栅的反射光谱在发生漂移的同时光谱的形状也会发生相应的变化。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，该方法首次利用凸字形啁啾光纤光栅受到轴向应变变化和点温突变影响时光谱变化情况，同时测量点温变化和轴向应变两个参量，实现了真正意义上的光栅式传感器对温度和应变的毫米级分布式测量。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的
基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，包括如下步骤
(1)在光纤上刻写凸字形啁啾光栅，所述凸字形啁啾光栅的啁啾系数为P，啁啾光栅沿光纤轴向长度为L，啁啾光栅整体谱宽PXL，啁啾光栅中间L/3 2L/3区域反射率高于两侧，形成一个凸字形反射谱，m个凸字形反射谱连续排列，形成连续谱列；
(2)获得啁啾光栅的应变量ε ζ，具体方法如下
(a)设凸字形反射谱连续谱列起始波长为λ，则凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的波长值依次为λ +PL/m、λ +2PL/m.......λ+PL ；
(b)计算凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的应变量￡zi，i为正整数，且 i e m AAr,
S21=-~-^―Λ, χ( -^)
其中Pe为有效弹光系数，硅纤介质中Pe = 0.22；
Δ λ Bi为布拉格波长的变化量；
λ Bi为布拉格波长，即凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的波长λ+PL/m和 λ +2PL/m.......λ +PL ；
(c)将由步骤(b)计算得出的凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的应变量ε zi 和起始点的应变量带入沿光纤方向的应变计算公式
权利要求
1.基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，其特征在于包括如下步骤(1)在光纤上刻写凸字形啁啾光栅，所述凸字形啁啾光栅的啁啾系数为P，啁啾光栅沿光纤轴向长度为L，啁啾光栅整体谱宽PXL，啁啾光栅中间L/3 2L/3区域反射率高于两侧，形成一个凸字形反射谱，m个凸字形反射谱连续排列，形成连续谱列；(2)获得啁啾光栅的应变量εζ，具体方法如下(a)设凸字形反射谱连续谱列起始波长为λ，则凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的波长值依次为λ +PL/m、λ +2PL/m.......λ+PL ；(b)计算凸字形反射谱连续谱列中m个拐点处的应变量εzi，i为正整数，且i e m
2.根据权利要求1所述的基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，其特征在于 所述步骤(1)中凸字形反射谱三段光栅反射率分别为D、E、D，其中D < Ε，且D与E均在 30% 80%之间。
全文摘要
本发明涉及基于啁啾光栅的应变-温变双参量测量方法，该测量方法通过在光纤上刻写凸字形啁啾光栅，凸字形啁啾光栅的啁啾系数为P，啁啾光栅沿光纤轴向长度为L，啁啾光栅整体谱宽P×L，啁啾光栅中间L/3～2L/3区域反射率高于两侧，形成一个凸字形反射谱，m个凸字形反射谱连续排列，形成连续谱列；进而获得啁啾光栅的应变量εz，啁啾光栅的温变量ΔT及点温变化位置z′，本发明首次利用凸字形啁啾光纤光栅受到轴向应变变化和点温突变影响时光谱变化情况，同时测量点温变化和轴向应变两个参量，实现了真正意义上的光栅式传感器对温度和应变的毫米级分布式测量，大大提高了高阶应变的测量能力和温变位置的精确度。
文档编号G01B11/16GK102519379SQ20111041233
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者史青, 陈青松 申请人:北京遥测技术研究所