专利名称：一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪的制作方法
技术领域：
[0001]本实用新型涉及一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪。
背景技术：
围绕光纤光栅传感器的压力灵敏度，西安交通大学傅海威等提出基于线性膜片的光纤光栅压力传感器，获得很高的压力灵敏度，但该实验系统压力范围太小，只有0-0. 12MPa，西安石油大学周红采用C型弹性管的光栅传感结构获得了很宽的压力测试范围，但在0-6MPa的压力范围内，波长移动只有0. 2nm，灵敏度过低，西安石油大学罗小东、南开大学刘云启等人先后采用波登管压力传感器，使系统压力灵敏度达到0. 22nm/MPa和0. 28nm/MPa但上述文章中均对解调方法没有详细的论述。围绕解调方法中，国内外专家先后提出了可调法布里-珀罗(F-P)滤波器法，非平衡马赫-曾德尔干涉仪解调法、可调谐激光器的波长匹配法，压电陶瓷(PZT)匹配光纤光栅滤波法等多种方法。这些解调方案有不同的优缺点，但整体来讲系统成本高、技术复杂是具有共性的问题，这在一定程度上制约了光纤光栅类仪表的发展。国内围绕这一研究领域早些时候南开大学刘波、重庆大学的李景义、南开大学刘云启等人先后实施的利用长周期光纤光栅的边缘进行解调的方法，但这种方法中最大的问题就是长周期光纤光栅具有较高温度和弯曲灵敏度，实际应用中即使采取适当的封装技术和温度补偿技术也很难确保长周期光纤光栅的稳定性，从而使这项技术只能停留在实验室里，很难将其转化为工业产品。

实用新型内容本实用新型设计了一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其解决的技术问题是光纤光栅压力传感器灵敏度不高以及光纤光栅的边缘解调系统成本高和技术复杂的问题。为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案—种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其特征在于包括光纤光栅波登管压力传感器和边缘解调系统，所述光纤光栅波登管压力传感器为悬臂梁调谐技术与弹簧管相结合的压力传感器测量波长的移动与压力的变化，所述边缘解调系统将波长的测量转换为光强的测量。进一步，所述光纤光栅波登管压力传感器包括波登管与光纤光栅悬臂，光纤光栅粘接在悬臂梁固定端。进一步，所述边缘解调系统包括宽带光源(BBS)、光纤光栅(FGB)、3dB耦合器、安装在压力较验台上的光纤光栅波登管压力传感器、PCOM光纤耦合器、两台光电探测器以及测试数据显示系统，从宽带光源(BBS)发出的光经3dB耦合器进入光纤光栅(FGB)，由光纤光栅(FGB)反射后形成的窄带光谱光进入PCOM光纤耦合器，两台光电探测器根据PCOM光纤耦合器输出的光功率PF和PR，并以PF-PR与PF+PR之比值作为输出信号，并且在测试数据显示系统中显示。[0008]进一步，还包括所述光纤光栅压力波登管传感器的灵敏度测试装置，其包括安装在压力较验台上的光纤光栅波登管压力传感器、3dB耦合器、宽带光源(BBS)、光谱仪(OSA)以及光纤光栅(FGB)，从宽带光源(BBS)发出的光经3dB耦合器进入光纤光栅(FGB)，由光纤光栅(FGB)反射后形成的窄带光谱光进入光谱仪(OSA)，光纤光栅(FGB)安置在波登管压力传感器内，并构成光纤光栅弹簧管压力传感器。该基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪具有以下有益效果本实用新型提供一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其可以保证测试现场无任何电信号的情况下完成压力测试，从而可以实现本安防爆，因此在石油、石化等对易燃、易爆有特殊要求的行业等具有非常重要价值。

图I :本实用新型中光纤光栅波登管压力传感器结构示意图；图2 :本实用新型中边缘解调原理示意图；图3 :本实用新型中双边缘解调原理示意图；图4 :本实用新型中测量压强与中心波长位置原理框图；图5 :本实用新型中压强与波长移动之间关系曲线图；图6 :本实用新型中边缘解调技术的光纤压力传感器检测系统原理框图；图7 :本实用新型中双边缘解调系统中压力随波长调制函数变化关系图。附图标记说明I-悬臂梁；2_波登管；FGB-光纤光栅；BBS-宽带光源；0SA_光谱仪；3_3dB耦合器；4_光电探测器；5_压力较验台；6-PC0M光纤耦合器。
具体实施方式
下面结合图I至图7,对本实用新型做进一步说明如图I所示，由光纤光栅悬臂粱调谐技术的原理可知，当光纤光栅粘接在悬臂梁固定端附近，当悬臂梁自由端在集中载荷作用下产生位移h时，光纤光栅中心波长的相对改变量为——二 3rirhh = kjh
AI为了提高传感器的压力灵敏度，本实用新型在研究中是将波登管与光纤光栅悬臂梁调谐技术相结合，研制了光纤光栅波登管压力传感器，提高了光纤光栅对压力测量的灵敏度。波登管是波登管压力计的主要感压元件，当从波登管的固定端开口导入气体或液体时波登管的曲率将随介质压力的改变而改变，同时密封的自由端产生位移，由理论分析可知，其自由端位移S与所测压力p的关系为s = k:p由于选用的悬臂粱加工材料的弹性模量远小于波登管，悬臂粱对波登管自由端位移的影响可以忽略不计，即h = s因此光纤光栅中心反射波长的相对变化与待测压力的关系式为
权利要求1.一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其特征在于包括光纤光栅波登管压力传感器和边缘解调系统，所述光纤光栅波登管压力传感器为悬臂梁调谐技术与弹簧管相结合的压力传感器测量波长的移动与压力的变化，所述边缘解调系统将波长的测量转换为光强的测量。
2.根据权利要求I所述基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其特征在于所述光纤光栅波登管压力传感器包括波登管与光纤光栅悬臂，光纤光栅粘接在悬臂梁固定端。
3.根据权利要求I或2所述基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其特征在于所述边缘解调系统包括宽带光源、光纤光栅、3dB耦合器、安装在压力较验台上的光纤光栅波登管压力传感器、PCOM光纤耦合器、两台光电探测器以及测试数据显示系统，从宽带光源发出的光经3dB耦合器进入光纤光栅，由光纤光栅反射后形成的窄带光谱光进入PCOM光纤耦合器，两台光电探测器根据PCOM光纤耦合器输出的光功率Pf和PK，并以Pf-Pk与PF+PK之比值作为输出信号，并且在测试数据显示系统中显示。
4.根据权利要求3所述基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其特征在于还包括所述光纤光栅压力波登管传感器的灵敏度测试装置，其包括安装在压力较验台上的光纤光栅波登管压力传感器、3dB耦合器、宽带光源、光谱仪以及光纤光栅，从宽带光源发出的光经3dB耦合器进入光纤光栅，由光纤光栅反射后形成的窄带光谱光进入光谱仪，光纤光栅安置在波登管压力传感器内，并构成光纤光栅弹簧管压力传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，包括光纤光栅波登管压力传感器和边缘解调系统，所述光纤光栅波登管压力传感器为悬臂梁调谐技术与弹簧管相结合的压力传感器测量波长的移动与压力的变化，所述边缘解调系统将波长的测量转换为光强的测量。本实用新型提供一种基于边缘解调技术的光纤光栅压力测试仪，其可以保证测试现场无任何电信号的情况下完成压力测试，从而可以实现本安防爆，因此在石油、石化等对易燃、易爆有特殊要求的行业等具有非常重要价值。
文档编号G01L1/24GK202420732SQ20112048775
公开日2012年9月5日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者杨洋, 武寒松 申请人:承德石油高等专科学校