本發(fā)明屬于曲率傳感器解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多芯光纖bragg光柵曲率傳感器的解調(diào)方法。

背景技術(shù)：

曲率是描述物體形狀的一個(gè)重要參數(shù)，通過對(duì)曲率的測(cè)量可以了解物體形狀的變化趨勢(shì)。曲率傳感器在結(jié)構(gòu)體健康監(jiān)測(cè)、表面形狀測(cè)量等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

基于光纖光柵的曲率傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)和準(zhǔn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，特別適合大型結(jié)構(gòu)體、惡劣環(huán)境下的曲率測(cè)量(m.j.gander,“bendmeasurementusingbragggratingsinmulti-corefiber,”electronicsletters36(2),120～121,2000.)。近年來，為進(jìn)一步改善光纖光柵型曲率傳感器的性能，基于多芯光纖光柵的曲率傳感器引起了科研人員的廣泛關(guān)注。如圖1所示，現(xiàn)有多芯光纖光柵曲率傳感器的結(jié)構(gòu)包括寬帶光源、光耦合器1、第一環(huán)形器2、第二環(huán)行器5、多芯光纖4及光譜儀，多芯光纖4的兩個(gè)中心對(duì)稱的纖芯中對(duì)應(yīng)刻有第一光纖bragg光柵和第二光纖bragg光柵；寬帶光源與光耦合器1輸入端相連；第一環(huán)形器2的a端與光耦合器1的第一輸出端相連，b端通過多芯光纖4連接器與刻有第一bragg光柵的纖芯相連，c端與光譜儀相連；第二環(huán)形器的a端與光耦合器1的第二輸出端相連，b端通過多芯光纖4連接器與刻有第二bragg光柵的纖芯相連，c端與光譜儀相連。該多芯光纖光柵曲率傳感器在工作時(shí)，寬帶光源首先由3db光耦合器1分為兩路信號(hào)，兩路信號(hào)光分別經(jīng)第一環(huán)形器2和第二環(huán)形器的a端進(jìn)入第一環(huán)形器2和第二環(huán)形器，然后分別經(jīng)第一環(huán)形器2和第二環(huán)形器的b端進(jìn)入多芯光纖4連接器，分別被多芯光纖4中的兩個(gè)bragg光柵反射，反射信號(hào)再次通過多芯光纖4連接器后由第一環(huán)形器2和第二環(huán)形器的c端分別輸出，通過光譜分析儀測(cè)量光纖光柵的反射波長(zhǎng)變化量，進(jìn)而得到光纖光柵處的曲率值，即傳感器的性能很大程度上是由光譜分析儀的性能(即頻譜分辨率)所決定的，而光譜分析儀昂貴的價(jià)格直接導(dǎo)致解調(diào)成本增高，并且采用光譜分析儀的解調(diào)方式復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種解調(diào)方式簡(jiǎn)單、解調(diào)成本低的解調(diào)方法。

為達(dá)到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種多芯光纖bragg光柵曲率傳感器的解調(diào)方法，采用余弦型寬帶光源將光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)換為其反射功率的變化，通過測(cè)量光纖bragg光柵的反射功率值實(shí)現(xiàn)對(duì)其中心波長(zhǎng)的解調(diào)，具體包括以下步驟：

s1、所述余弦型寬帶光源的輸出光譜注入到包含第一光纖bragg光柵和第二光纖bragg光柵的多芯光纖中，利用測(cè)得的第一光纖bragg光柵和第二光纖bragg光柵的反射功率，由于光纖bragg光柵的反射功率值隨其中心波長(zhǎng)的不同呈現(xiàn)余弦變化，可以分別得到彎曲時(shí)第一光纖bragg光柵和第二光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)。

s2、將彎曲時(shí)的第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)和無彎曲時(shí)的第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)相減得到第一光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量；將彎曲時(shí)的第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)和無彎曲時(shí)的第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)相減得到第二光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量；

s3、根據(jù)所述第一光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量計(jì)算得到第一纖芯軸向應(yīng)力，根據(jù)所述第二光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量計(jì)算得到第二纖芯軸向應(yīng)力；

s4、根據(jù)所述第一纖芯軸向應(yīng)力、第二纖芯軸向應(yīng)力及兩纖芯間距計(jì)算得到曲率值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用余弦型寬帶光源，將光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)換為其反射功率的變化，利用推導(dǎo)出的光纖bragg光柵反射功率與中心波長(zhǎng)的關(guān)系表達(dá)式，通過測(cè)量光纖bragg光柵的反射功率計(jì)算出對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)，通過中心波長(zhǎng)漂移量計(jì)算獲得曲率值，實(shí)現(xiàn)對(duì)曲率傳感器的解調(diào)，無需使用昂貴的光譜分析儀，使得解調(diào)方式大大簡(jiǎn)化，有效降低解調(diào)成本；

(2)本解調(diào)方式擴(kuò)展性強(qiáng)，通過對(duì)多對(duì)光纖bragg光柵解調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)基于多芯光纖bragg光柵的二維曲率傳感和形狀傳感。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)來表示相同或相似的部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明解調(diào)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。為簡(jiǎn)單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。

一種多芯光纖bragg光柵曲率傳感器的解調(diào)方法，采用余弦型寬帶光源替換圖1中的寬帶光源，采用光功率計(jì)、光電探測(cè)器等能檢測(cè)到反射功率的儀器替換光譜儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)的解調(diào)，如圖2所示，包括以下步驟：

s1、余弦型寬帶光源的輸出光譜注入到包含第一光纖bragg光柵和第二光纖bragg光柵的多芯光纖中，根據(jù)余弦型寬帶光源輸出光譜s(λ)、第一光纖bragg光柵的反射譜f1(λ)及光功率計(jì)測(cè)得的第一反射功率值p1計(jì)算得出彎曲時(shí)的第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ1，根據(jù)余弦型寬帶光源輸出光譜s(λ)、第二光纖bragg光柵的反射譜f2(λ)及光功率計(jì)測(cè)得的第二反射功率值p2計(jì)算得出彎曲時(shí)的第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ2；

計(jì)算第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ1和第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ2的公式為：

其中，p為光功率計(jì)測(cè)得的反射功率值，s0為已知的頻譜峰值功率，λi為已知的寬帶光源的中心波長(zhǎng)，δλi為已知的寬帶光源的頻譜周期；r為已知的峰值反射率，δλ為已知的光纖bragg光柵的反射譜的半極大全寬度，λ0為光纖bragg光柵的反射譜中心波長(zhǎng)，即為待計(jì)算值。

化簡(jiǎn)上述公式得到根據(jù)上述已知值，可以計(jì)算出彎曲時(shí)光纖bragg光柵的反射譜中心波長(zhǎng)。

s2、將彎曲時(shí)的第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ1和無彎曲時(shí)的第一光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λb相減得到第一光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量δλb1；將彎曲時(shí)的第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λ2和無彎曲時(shí)的第二光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)λb相減得到第二光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量δλb2；

s3、根據(jù)第一光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量δλb1計(jì)算得到第一纖芯軸向應(yīng)力εfbg1，根據(jù)第二光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)漂移量δλb2計(jì)算得到第二纖芯軸向應(yīng)力εfbg2；

第一纖芯軸向應(yīng)力εfbg1和第二纖芯軸向應(yīng)力εfbg2的計(jì)算公式為：

其中，ε為彎曲所引入的纖芯軸向應(yīng)力，δλb為光纖bragg光柵中心波長(zhǎng)漂移量，λb為無彎曲時(shí)光纖bragg光柵的中心波長(zhǎng)，pε為彈光系數(shù)。

s4、根據(jù)第一纖芯軸向應(yīng)力、第二纖芯軸向應(yīng)力及兩個(gè)刻有bragg光柵的纖芯的距離計(jì)算得到曲率值；

曲率值c的計(jì)算公式為：

其中，d為兩個(gè)刻有bragg光柵的纖芯距離。

該余弦型寬帶光源的消光比大于10db，大消光比可以提高傳感器的靈敏度。

以上實(shí)施例僅表示本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求為準(zhǔn)。