一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法与流程

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法。

背景技术：

在测压方面，传统的气压表连接在气瓶端口，需要直接接触气体，结构上会多出泄漏点；传统应变片需要焊接(会改变气瓶表面性状，尤其是焊接点，耐压强度可能会下降)且为有源器件，不能满足产品需求。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法，可以方便快捷地测量产品内部的压力。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种便携式光纤光栅压力检测系统，包括：光纤光栅解调仪、光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器；

光纤光栅应变传感器，用于对待测产品的内部压力进行测量，输出压力测量信号；

光纤光栅温度传感器，用于对待测产品的表面温度进行测量，输出温度测量信号；

光纤光栅解调仪，用于对光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的压力测量信号和温度测量信号进行解调，得到待测产品的内部压力和表面温度。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，

光纤光栅应变传感器的数量为三个，采用环氧胶粘贴于待测产品表面；

光纤光栅温度传感器的数量为一个，采用环氧胶粘贴于待测产品表面。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，光纤光栅解调仪，用于对三个光纤光栅应变传感器采用三选二的方式，获取光纤光栅应变传感器输出的压力测量信号，并解调得到待测产品的内部压力；根据解调得到的待测产品的内部压力对光纤光栅温度传感器进行修正。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，光纤光栅解调仪，包括：可调谐光源、dsp控制模块、a/d采集模块、d/a电流驱动模块、光纤耦合器、光纤环形器和光电探测器；

dsp控制模块、d/a电流驱动模块、可调谐光源、光纤耦合器、光纤环形器、光电探测器和a/d采集模块依次收尾相连，形成环形回路；

光纤环形器，包括：光纤环形器ⅰ和光纤环形器ⅱ；

光电探测器，包括：光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，

dsp控制模块，用于控制d/a电流驱动模块输出大小可控的高精度电流；

可调谐光源，用于在高精度电流的作用下，输出特定波长和特定强度的光束；

光纤耦合器，用于对可调谐光源输出的特定波长和特定强度的光束进行分束处理，得到子光束ⅰ和子光束ⅱ；

光纤环形器ⅰ，用于接收子光束ⅰ，并将经光栅反射的子光束ⅰ输出至光电探测器ⅰ；

光纤环形器ⅱ，用于接收子光束ⅱ，并将经光栅反射的子光束ⅱ输出至光电探测器ⅱ；

光电探测器ⅰ，用于将接收到的子光束ⅰ转换为电压信号ⅰ；

光电探测器ⅱ，用于将接收到的子光束ⅱ转换为电压信号ⅱ；

a/d采集模块，用于对光电探测器ⅰ和光电探测器ⅱ进行信号采集，得到电压信号ⅰ和电压信号ⅱ，并将采集得到的电压信号ⅰ和电压信号ⅱ输出至dsp控制模块；

dsp控制模块，还用于根据电压信号ⅰ和电压信号ⅱ，解算得到光栅的中心波长；以及，根据解算得到的光栅的中心波长和标定参数，解算得到待测产品的内部压力实际值。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，高精度电流的电流精度可达4.88μa。可调谐光源的电路板与可调谐光源的相位电流输入引脚iph相连接的电流源输出的电流精度应高于5μa，与可调谐光源的右向电流输入引脚irr和左向电流输入引脚ilr相连接的电流源输出的电流精度高于30μa。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，

特定波长的波长范围为：1528.8～1563.9nm；

特定强度的强度范围为：10dbm～13dbm。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，光纤光栅解调仪，还包括：通讯模块；

通讯模块，用于将dsp控制模块输出的待测产品的内部压力实际值发送给上位机。

在上述便携式光纤光栅压力检测系统中，光纤光栅解调仪，还包括：温控模块；

温控模块，用于对可调谐光源的温度进行控制，防止可调谐光源输出的光束发生漂移。

相应的，本发明还公开了一种便携式光纤光栅压力检测方法，包括：

通过光纤光栅应变传感器对待测产品的内部压力进行测量，输出压力测量信号；

通过光纤光栅温度传感器对待测产品的表面温度进行测量，输出温度测量信号；

通过光纤光栅解调仪对光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的压力测量信号和温度测量信号进行解调，得到待测产品的内部压力和表面温度。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法，光纤光栅为无源器件，是非接触式传感器，不会干扰其它精密电子设备，不用焊接，不会改变产品结构性状，光纤光栅重量轻尺寸小，布局灵活，解调仪可以直接连接上位机通讯，可以方便快捷地测量产品内部的压力。

附图说明

图1是本发明实施例中一种便携式光纤光栅压力检测系统的结构框图；

图2是本发明实施例中一种光纤光栅解调仪的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

实施例1

如图1，在本实施例中，该便携式光纤光栅压力检测系统，包括：光纤光栅解调仪2、光纤光栅应变传感器3和光纤光栅温度传感器4。其中，光纤光栅应变传感器3，用于对待测产品的内部压力进行测量，输出压力测量信号；光纤光栅温度传感器4，用于对待测产品的表面温度进行测量，输出温度测量信号；光纤光栅解调仪2，用于对光纤光栅应变传感器3和光纤光栅温度传感器4输出的压力测量信号和温度测量信号进行解调，得到待测产品的内部压力和表面温度。

优选的，光纤光栅应变传感器3的数量为三个，采用环氧胶粘贴于待测产品表面；光纤光栅温度传感器4的数量为一个，采用环氧胶粘贴于待测产品表面。光纤光栅解调仪2，具体用于对三个光纤光栅应变传感器采用三选二的方式，获取光纤光栅应变传感器输出的压力测量信号，并解调得到待测产品的内部压力；根据解调得到的待测产品的内部压力对光纤光栅温度传感器进行修正。

在本发明的一优选实施例中，如图2，光纤光栅解调仪2具体可以包括：可调谐光源5、dsp控制模块6、a/d采集模块7、d/a电流驱动模块8、光纤耦合器11、光纤环形器12和光电探测器13。其中，dsp控制模块6、d/a电流驱动模块8、可调谐光源5、光纤耦合器11、光纤环形器12、光电探测器13和a/d采集模块7依次收尾相连，形成环形回路。进一步的，光纤环形器12具体可以包括：光纤环形器ⅰ121和光纤环形器ⅱ122；光电探测器13具体可以包括：光电探测器ⅰ131和光电探测器ⅱ132。

其中：dsp控制模块6，用于控制d/a电流驱动模块8输出大小可控的高精度电流；可调谐光源5，用于在高精度电流的作用下，输出特定波长和特定强度的光束；光纤耦合器11，用于对可调谐光源5输出的特定波长和特定强度的光束进行分束处理，得到子光束ⅰ和子光束ⅱ；光纤环形器ⅰ121，用于接收子光束ⅰ，并将经光栅反射的子光束ⅰ输出至光电探测器ⅰ131；光纤环形器ⅱ122，用于接收子光束ⅱ，并将经光栅反射的子光束ⅱ输出至光电探测器ⅱ132；光电探测器ⅰ131，用于将接收到的子光束ⅰ转换为电压信号ⅰ；光电探测器ⅱ132，用于将接收到的子光束ⅱ转换为电压信号ⅱ；a/d采集模块7，用于对光电探测器ⅰ131和光电探测器ⅱ132进行信号采集，得到电压信号ⅰ和电压信号ⅱ，并将采集得到的电压信号ⅰ和电压信号ⅱ输出至dsp控制模块6；dsp控制模块6，还用于根据电压信号ⅰ和电压信号ⅱ，解算得到光栅的中心波长；以及，根据解算得到的光栅的中心波长和标定参数，解算得到待测产品的内部压力实际值。

优选的，高精度电流的电流精度可达4.88μa。可调谐光源5的电路板与可调谐光源5的相位电流输入引脚iph相连接的电流源输出的电流精度应高于5μa，与可调谐光源5的右向电流输入引脚irr和左向电流输入引脚ilr相连接的电流源输出的电流精度高于30μa。

优选的，特定波长的波长范围为：1528.8～1563.9nm；特定强度的强度范围为：10dbm～13dbm。

优选的，该光纤光栅解调仪2还可以包括：温控模块10。其中，温控模块10，用于对可调谐光源5的温度进行控制，防止可调谐光源5输出的光束发生漂移。

在本发明的一优选实施例中，该光纤光栅解调仪2还可以包括：通讯模块9。其中，通讯模块9，用于将dsp控制模块6输出的待测产品的内部压力实际值发送给上位机14。

可见，该便携式光纤光栅压力检测系统至少具有如下优点：光纤光栅传感器为非接触式传感器，不会构成泄点，降低可靠性；光纤光栅传感器可以使用胶粘方式，无需焊接，不存在焊点，不会损坏产品；光纤光栅重量轻、体积小、布局灵活，可以在复杂结构中使用；该系统可以在同一产品上使用多只传感器，提高可靠性；该系统解析速度快，可以实现高频率检测。

实施例2

在上述实施例的基础上，本发明还公开了一种便携式光纤光栅压力检测方法，包括：通过光纤光栅应变传感器对待测产品的内部压力进行测量，输出压力测量信号；通过光纤光栅温度传感器对待测产品的表面温度进行测量，输出温度测量信号；通过光纤光栅解调仪对光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的压力测量信号和温度测量信号进行解调，得到待测产品的内部压力和表面温度。

优选的，在具体操作时，可以将三只光纤光栅应变传感器和一只光纤光栅温度传感器，使用环氧胶粘贴于产品表面适当位置，并固化不少于24小时；然后，对产品充放气，等间隔选取10个以上压力点，待到达预定压力时，记录此时的温度、压力、光栅的中心波长；多次重复该步骤得到温度、压力和中心波长的拟合模型及参数；最后，使用光纤光栅解调仪对三只应变光栅采取三选二的方式，并通过温度光栅剔除温度带来的影响得出压力值。

对于方法实施例而言，由于其与系统实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例部分的说明即可。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。