信号发生模块13中读取数据，执行数据 处理，显示并存储测量结果。
[0031] 所述的参考光栅16处于已知环境中，两端固定于支架上且处于自然伸展或轻微 微绷紧状态；所述的传感光栅15两端固定或整体粘贴在待测环境中；所述的参考光栅16 与传感光栅15应尽量接近的平行放置，但不可相互接触。
[0032] 所述的参考光栅16为相移光纤布拉格光栅或光纤法布里-泊罗谐振腔。
[0033] 所述的传感光栅15为相移光纤布拉格光栅或光纤法布里-泊罗谐振腔。
[0034] 所述的传感光栅15和参考光栅16优选为相移光纤布拉格光栅。
[0035] 所述的射频信号发生模块13采用仪器化的射频信号发生器或压控震荡器。
[0036] 如图1和图4所示，本实用新型工作原理为：
[0037] 第一反馈回路中，第一电信号相位调节模块9将调解的电信号发生器14发出的电 信号输出至第一控制电路11，第一控制电路11控制激光器1发出单频激光，经光相位调制 器2调制、光親合器3親合，获得一路光信号并输出至参考光栅16,第一光电探测器7探测 参考光栅16输出的反射光信号，并反馈至电信号相位解调模块9,经调解得到频率偏差后， 第一控制电路11基于该频率偏差调谐激光器1的端电压，进而调整单频激光，使其跟随参 考光栅16 ;
[0038] 光耦合器3耦合获得的另一路光信号输出至第二反馈回路中光强度调制器4,由 此产生的一阶边带作为入射光，输出至传感光栅15,第二光电探测器8探测传感光栅15输 出的反射光信号，并反馈至第二电信号相位解调模块10,经调解得到频率偏差后，第二控制 电路12基于该频率偏差对射频信号发生模块13进行调整，从而改变调制边带的频率，使其 跟随传感光栅15 ;
[0039] 两反馈回路均高速执行，使两探测光始终对准相应的光栅透射中心；在此状态下， 射频信号频率检测模块17持续获取射频信号的频率，根据实际的传感光栅15的应变响应 系数换算为应变，从而实现了对应变信号的的快速传感。
[0040] 如图2所示，参考光栅16、传感光栅15的透射峰中心频率与光栅上应变变化、温度 变化呈线性关系；当环境温度发生变化时，参考光栅16与传感光栅15的透射峰中心频率发 生同样的变化，但其频率差值不变；当传感光栅15上的应变发生变化时，其中心频率发生 变化，但参考光栅16中心频率保持不变，两者频率差值改变；由此可知，这个频率差值即反 映了待测的应变信号，同时对环境温度变化并不敏感，从而能够去除温度漂移对应变测量 的干扰，得到准确的静态应变信号。
[0041] 如图3所示，本系统中第一反馈回路实现激光对参考光栅16的透射峰中心的跟 随，第二反馈回路实现强度调制一阶边带对传感光栅15的透射峰中心的跟随；光强度调制 器4的调制频率即两光栅间的频率差，对应待测的应变；
[0042] 控制激光或调制边带对光栅透射峰中心进行跟随的原理为：经相位调制的激光入 射至光栅透射峰中心附近时，其反射信号表现出同一调制频率下的强度调制效果，但当入 射光频率分别位于透射中心低频/高频一侧时，反射光信号中所携带强度调制信号的相位 相差180度，且频率偏差不同，调制信号强度也不同；因此，由电信号相位解调模块9对反射 光信号进行解调，即可得到反映入射光与光栅透射中心频率差的低频信号，据此对相应的 入射光的中心频率进行调整使其跟随光栅的透射中心。
[0043] 如图5所示，本实施例中系统的各项指标如下：在1Hz处的应变分辨率为 lx10_ηε/?，在10Hz处的应变分辨率为2X10_i2"/7Tz_:传感速率为1000Samples/s，即 每秒完成1〇〇〇次探测；上述测量速率和应变分辨率大幅超过已有光纤传感技术的最好性 能。
【主权项】
1. 一种光纤光栅应变传感系统，其特征在于，包括：第一反馈回路、第二反馈回路、电 信号发生器和处理模块，其中：电信号发生器分别与第一反馈回路、第二反馈回路相连，第 一反馈回路与第二反馈回路相连，第二反馈回路与处理模块相连； 所述的第一反馈回路包括：依次相连的第一电信号相位解调模块、第一控制电路、激光 器、光相位调制器、光親合器、第一光环行器、参考光栅以及输入端和输出端分别与第一光 环行器和第一电信号相位解调模块相连的第一光电探测器； 所述的第二反馈回路包括：依次相连的第二电信号相位解调模块、第二控制电路、射频 信号发生模块、光强度调制器、第二光环行器、传感光栅以及输入端和输出端分别与第二光 环行器和第二电信号相位解调模块相连的第二光电探测器； 所述的光親合器的一个输出端与光强度调制器的一个输入端相连。2. 根据权利要求1所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的第一光环行器的 一端口与光親合器相连，二端口与参考光栅相连，三端口与第一光电探测器相连。3. 根据权利要求1所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的第二光环行器的 一端口与光强度调制器相连，二端口与传感光栅相连，三端口与第二光电探测器相连。4. 根据权利要求1所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的电信号发生器的 输出端分别与第一电信号相位解调模块、光相位调制器和第二电信号相位解调模块相连。5. 根据权利要求1所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的射频信号发生模 块的一个输出端与处理模块相连。6. 根据权利要求1或2所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的参考光栅为相 移光纤布拉格光栅或光纤法布里-珀罗谐振腔。7. 根据权利要求1或3所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的传感光栅为相 移光纤布拉格光栅或光纤法布里-珀罗谐振腔。8. 根据权利要求1所述的光纤光栅应变传感系统，其特征是，所述的射频信号发生模 块采用仪器化的射频信号发生器或压控震荡器。
【专利摘要】一种光纤传感技术领域的光纤光栅应变传感系统，包括：第一反馈回路、第二反馈回路、电信号发生器和处理模块，其中：电信号发生器分别与第一反馈回路、第二反馈回路相连并输出电信号，第一反馈回路与第二反馈回路相连并传输经相位调制的激光信号，第二反馈回路与处理模块相连并传输经解调的低频信号；所述的第一反馈回路实现激光对参考光栅透射峰中心的跟随，所述的第二反馈回路实现强度调制一阶边带对传感光栅的跟随，从而实现对应变信号的快速传感。本实用新型采用双反馈回路结构实现了同时具有传感速率高、测量范围大、长期稳定性好的超高精度光纤应变传感器。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN205037875
【申请号】CN201520770236
【发明人】何祖源, 刘庆文, 樊昕昱, 陈嘉庚
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月30日