一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统的制作方法

本实用新型属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统。

背景技术：

啁啾光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高等优点受到了广泛的欢迎，广泛的应用于公路、桥梁等大型建筑工程中。目前人们提出了多种利用啁啾光纤光栅检测应变的方法，如：“一种基于光纤长啁啾光栅频域反射技术的用于土木结构裂纹的检测方法及传感”，这种方法利用光纤长啁啾频域反射技术来检测局部应变和裂纹。但该系统检测结果极大的受到温度的影响，无法精确测量。中国专利：“啁啾光栅的应变-温度双参数测量方法”(ZL：201110412333.1)可以克服温度的影响，实现对温度和应变毫米级分布式测量，但其要求啁啾光纤光栅为凸字形啁啾光栅，啁啾光纤光栅中间L/3-2L/3区域反射率高于两侧，实验条件苛刻。

而中国专利：“一种啁啾光纤光栅传感解调系统”(ZL：201010104541.0)使用普通的啁啾光纤光栅很好的解决了温度和应变交叉影响的问题，但其强度形解调装置过于复杂。因此，如何在简化解调装置的同时，提高实验的可行度，使其不受外界环境温度的影响，是啁啾光纤光栅应变解调需要考虑的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统，简化了解调装置，提高了实验的可行度；可消除外界环境温度的影响，灵敏度高，复用性强。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统，该系统由传感部分、调节部分组成，所述传感部分包括第一啁啾光栅、第二啁啾光栅、压电陶瓷；所述调节部分包括第一光电探测器、第二光电探测器、微处理器。

宽带光源发出的光经过分束器一分为二：一路经过第一环形器到达第一啁啾光栅，第一啁啾光栅反射的光经第二光电探测器输出给微处理器；另一路经过第二环形器到达第二啁啾光栅，第二啁啾光栅反射的光经第一光电探测器输出给微处理器，进行解调。

所述第一啁啾光栅两端预拉伸固定在压电陶瓷上面的玻璃片上，用以感知拉力的变化。

所述第二啁啾光栅作为参考光栅，用于消除环境温度影响。

所述宽带光源为SOA窄带宽激光器。

本实用新型一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统，优点在于：通过引用第二啁啾光栅做参考光栅的方法，克服了环境温度对应变的交叉影响，实现精确测量；通过计算两束光脉冲个数和谱宽的大小，经过差分放大后实现应变-谱宽解调，解调方便，易于调节。

附图说明

图1为本实用新型的第一啁啾光栅结构示意图。

图2为本实用新型的系统结构示意图；

其中：1-第一啁啾光栅，2-第二啁啾光栅，3-压电陶瓷，4-宽带光源，5-分束器，6-第一环形器，7-单模光纤，8-第二环形器，9-第一光电探测器，10-第二光电探测器，11-微处理器，12-玻璃片。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种基于压电陶瓷的双啁啾光栅应变解调系统，该系统由传感部分、调节部分组成，所述传感部分包括第一啁啾光栅1、第二啁啾光栅2、压电陶瓷3；所述调节部分包括第一光电探测器9、第二光电探测器10、微处理器11。

宽带光源4发出的光经过分束器5一分为二：一路经过第一环形器6到达第一啁啾光栅1，第一啁啾光栅1反射的光经第二光电探测器10输出给微处理器11。

另一路经过第二环形器8到达第二啁啾光栅2，第二啁啾光栅2反射的光经第一光电探测器9输出给微处理器11，进行解调。

所述第一啁啾光栅1两端预拉伸固定在压电陶瓷3上面的玻璃片12上，用以感知拉力的变化。压电陶瓷3的拉力引起波长变化与谱宽展宽成线性关系。

所述第二啁啾光栅2作为参考光栅，用于消除环境温度影响。

第一啁啾光栅1、第二啁啾光栅2的应变-温度交叉灵敏度对测量结果的影响很小，忽略不计。

第一啁啾光栅1、第二啁啾光栅2反射波长差△λ可以表示为：

式中，△λ₁、△λ₂为两光栅波长变化；n_eff为有效折射率；λ_b为两光栅的中心反射波长；μ为横向泊松比；P₁₁和P₁₂为弹光系数；ε_z为轴向应变。上式表示：反射波长的变化量与温度无关。

光电探测器将压电陶瓷3作用在第一啁啾光栅1上的应变信号、和外界环境作用在第二啁啾光栅2上的温度信号转换成电流信号，将展宽的脉冲差分放大后，利用微处理器11输出结果，消除温度影响。

该系统运行时，选择可调谐的SOA窄带宽激光器作为宽带光源4，宽带光源4发出的窄谱激光脉冲一部分通过第一环形器6后注入单模光纤7，到达第一啁啾光栅1后，在第一啁啾光栅1反射谱范围内的脉冲可以被反射，其它波长的激光单向透射，反射谱通过光纤逆向传输后，经过第二环形器8后由第一光电探测器9探测，完成计数，同时显示光脉冲个数并计算谱宽的大小，另一部分光脉冲到达第二啁啾光栅2后，被反射进第二光电探测器10，完成计数，且显示光脉冲个数并计算谱宽的大小，由于第一啁啾光栅1受到应变和温度的双重影响，脉冲会较大程度的展宽，而第二啁啾光栅2只受到外界温度的影响，展宽量较小，将两展宽的脉冲差分放大后，利用微处理器11处理，实现应变-谱宽解调。该系统结构简单，制作成本低，灵敏度高，易于调节。