[發(fā)明專利]共路補償?shù)亩喑叨葴史植际桨坠飧缮鎽?yīng)變測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010296944.X
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102003944A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑立波;楊軍;周愛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G02B6/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種多尺度準分布式白光干涉應(yīng)變測量裝置。可用于多路復(fù)用光纖白光干涉?zhèn)鞲衅麝嚵械慕庹{(diào)系統(tǒng)中。本發(fā)明也涉及一種多尺度準分布式白光干涉應(yīng)變測量方法。

背景技術(shù)

以寬譜光為光源、以光纖為傳輸介質(zhì)的干涉儀稱為白光光纖干涉儀。傳統(tǒng)的光纖白光干涉儀一般包括一個傳感臂和一個可調(diào)節(jié)參考臂，沿傳感臂和參考臂傳輸?shù)男盘柋还怆娞綔y器探測。如果傳感臂和參考臂的光程差小于光源的相干長度，兩路信號發(fā)生干涉。白光干涉條紋的特征是有一個主極大值，稱為中心條紋，它對應(yīng)參考光和傳感光的光程絕對相等，稱為參考光與傳感光的光程相匹配。當傳感臂光程變化時，通過改變光纖延遲線的延遲量，使參考信號的光程發(fā)生變化，可以獲得中心干涉條紋。中心條紋的位置為測量提供了一個可靠的絕對位置參考，當傳感光的光程在外界待測物理量的影響下發(fā)生變化時，只需通過參考臂光程調(diào)整即可得到的白光干涉條紋的位置變化，從而獲得被測量物理量的絕對變化值。與其他光纖干涉儀相比，光纖白光干涉除了具有高靈敏度、本質(zhì)安全、抗電磁場干擾等優(yōu)點外，最大特點是可對壓力、應(yīng)變、溫度等待測量進行絕對測量。因此白光干涉性光纖干涉儀被廣泛用于物理量、機械量、環(huán)境量、化學(xué)量、生物醫(yī)學(xué)量的測量。

在實際應(yīng)用中，尤其是在建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測中，通常需要對建筑結(jié)構(gòu)進行長距離、多點的準分布式測量，這就要求光纖傳感器具有較長的標距。然而，對于傳統(tǒng)的光纖白光干涉儀結(jié)構(gòu)，傳感光纖的標距受到參考臂中可調(diào)距離范圍的限制。另外，即使可以得到長距離的可調(diào)范圍，光信號在長距離的空間光路中的傳輸損耗也會很大。

為解決上述問題，1995年美國H-P公司W(wǎng)ayne?V.Sorin和Douglas?M.Baney公開了一種基于光程自相關(guān)器的白光干涉?zhèn)鞲衅鞯膹?fù)用方法(美國專利：專利號5557400)，基于Michelson干涉儀結(jié)構(gòu)，利用光信號在Michelson干涉儀固定臂和可變掃描臂之間形成的光程差與光纖傳感器的前后兩個端面反射光信號光程差之間的匹配實現(xiàn)光程自相關(guān)，獲得該傳感器的白光干涉信號，再利用改變掃描臂與固定臂之間的光程差，與多個首尾相接的串行光纖傳感器陣列中的每個傳感器逐一匹配，完成光纖傳感器的多路復(fù)用。該技術(shù)在短距離掃描范圍的情況下，可以實現(xiàn)長距離的傳感測量。

另外，申請人于2007年和2008年公開的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置(中國專利申請?zhí)枺?00710072350.9)和空分復(fù)用Mach-Zehnder級聯(lián)式光纖干涉儀及測量方法(中國專利申請?zhí)枺?00810136824.6)主要用來解決光纖傳感器復(fù)用陣列布設(shè)過程中抗毀壞的問題；申請人于2008年公開的光纖Mach-Zehnder與Michelson干涉儀陣列的組合測量儀(中國專利申請?zhí)枺?00810136819.5)和孿生陣列Michelson光纖白光干涉應(yīng)變儀(中國專利申請?zhí)枺?00810136820.8)主要用于解決白光光纖干涉儀多路復(fù)用中溫度對測量的干擾，以及溫度和應(yīng)變同時測量問題；申請人于2008年公開的一種簡化式多路復(fù)用白光干涉光纖傳感解調(diào)裝置(中國專利申請?zhí)枺?00810136826.5)和基于可調(diào)Fabry-Perot諧振腔的分布式光纖白光干涉?zhèn)鞲衅麝嚵?中國專利申請?zhí)枺?00810136833.5)，引入環(huán)形腔、F-P腔光程自相關(guān)器主要用于簡化多路復(fù)用干涉儀的拓撲結(jié)構(gòu)，構(gòu)造共光路形式，提高溫度穩(wěn)定性；申請人于2008年公開的一種雙基準長度低相干光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)傳感解調(diào)裝置(中國專利申請?zhí)枺?00810136821.2)4×4光纖耦合器光程自相關(guān)器的引入，目的是解決多基準傳感器的同時測量問題。

但在上述基于空分復(fù)用的干涉儀結(jié)構(gòu)中，無一例外存在二個問題：其一是光源功率衰減大、光源效率低，由光源發(fā)生的信號光，僅有較小的一部分達到傳感器陣列，并被探測器接收形成干涉信號，以W.V.Sorin公開的光路結(jié)構(gòu)而言，大約只有1/4的光源功率參與了光學(xué)自相關(guān)過程，其他都被耦合器衰減掉；其二是由于光路拓撲結(jié)構(gòu)的對稱特性，光源和探測器在光路拓撲結(jié)構(gòu)中是互易的，理論上至少有與探測器接收到的相同數(shù)值的光信號回饋到光源中。雖然使用的光源類型為寬譜光，與激光光源相比，對回饋不十分敏感。但是，過大的信號功率反饋，特別是對于SLD和ASE等自發(fā)輻射增益較大的光源，回饋光會引起光源的諧振。輕者，導(dǎo)致光源發(fā)生光信號的功率降低；重者，在白光干涉時，較大的干涉信號功率波動，會降低光學(xué)自相干峰值的測量精度；極端情況下，會對損害光源，對光源造成無法恢復(fù)的損傷。

發(fā)明內(nèi)容