[發明專利]基于可調分光比光纖全譜反射鏡的準分布白光干涉應變傳感系統

有效

• 申請號: 201110149493.1
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102221343A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 張平磊;孫長森
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種微米形變測量傳感器，是一種基于可調分光比光纖全譜反射鏡的準分布白光干涉應變傳感器及其測量系統。

背景技術

傳統的光纖全譜反射鏡是一種在切平的光前端面上鍍鉻膜或鋁膜，再與另外一個切平的光纖端面緊配合在同一個玻璃套管中，通過調節與另一個光纖端面之間形成的空氣間隙來調節反射光和透射光的分光比例，又稱為分光比。這樣構成的全譜反射鏡盡管可以把入射光按一定的比例分為反射光和透過光，但是難以實現對分光比的精細控制。因為空氣間隙容易受到環境溫度、濕度等的影響，進而影響其分光比。這種辦法制作的光纖全譜反射鏡具有制作復雜、性能不穩定、不易工程化使用等缺點，因而一直無法應用到實踐當中。

另一種辦法就是使用啁啾光纖光柵制作的光纖全譜反射鏡，這樣制作的全譜反射鏡需要在大約10厘米左右的光纖長度上實現，也不能夠應用于白光干涉儀中，因此研究分光比穩定的光纖全譜反射鏡就成為準分布白光干涉應變傳感器在實際工程中應用的關鍵。

發明內容

本發明提供了一種分光比可調、性能穩定、可工程化的、光纖全譜反射鏡，以及基于該可調分光比光纖全譜反射鏡而構成的準分布白光干涉應變傳感器系統。

本發明采用的技術方案如下：

該準分布白光干涉應變傳感器包括主體部分、導引光纖和傳感器三部分。

主體部分包括寬譜光源、光纖環形器、連接光纖、2×2光纖耦合器、固定參考臂的定長光纖部分和配長光纖部分、可調分光比光纖全譜反射鏡、可調參考臂的光纖部分和空氣光程部分、自聚焦光纖準直鏡、移動鏡、步進電機、光電探測器、數據采集卡和計算機。其中固定參考臂是由定長光纖、配長光纖和可調分光比的光纖全譜反射鏡組成，定長光纖的光程等于可調參考臂光纖部分加上空氣部分的總光程，配長光纖的長度與傳感光纖長度相等。

導引光纖是連接主體部分與傳感器的光纖，導引光纖的長度與傳感光纖的長度差大于幾厘米以上，在不對測量造成影響的前提下，其長度能夠任意調節。

傳感器是由兩個可調分光比的光纖全譜反射鏡和傳感光纖組成，光纖全譜反射鏡由2×2光纖耦合器組成，包括耦合部分和環接部分組成。傳感光纖是根據需要選定的特殊光纖，比如抗彎光纖等，傳感光纖的長度可以根據測量的需要選擇相應的長度；在傳感光纖的輸入端接上第一可調分光比的光纖全譜反射鏡，在傳感光纖的輸出端接上第二可調分光比的光纖全譜反射鏡，構成傳感器；這樣的傳感器可以級聯多個構成準分布式應變傳感器，從而實現多點分布式測量。而且傳感器的多級級聯可以共用一個可調參考臂的配長光纖，形成由不同尺度的傳感光纖構成準分布白光干涉應變傳感系統。級聯的多個傳感器的最長傳感光纖和最短傳感光纖長度之差，要小于可調參考臂空氣部分的光程除以傳感光纖的光學折射率。

寬譜光源經過第一連接光纖連接到光纖環形器的一個輸入端后，光纖環形器的輸出端通過第1導引光纖連接到傳感器上，光纖環形器的另一輸入端通過第二連接光纖連接到一個2×2光纖耦合器上；光纖耦合器的一個輸出端連接到固定參考臂的定長光纖上，該定長光纖又與配長光纖相連后連接到第三可調分光比的光纖全譜反射鏡上。

2×2光纖耦合器的另一個輸出端連接到可調參考臂的光纖部分；可調參考臂的光纖部分再連接到自聚焦光纖準直器上，自聚焦光纖準直器與移動鏡之間形成準直光路；2×2光纖耦合器輸入端通過第三連接光纖連接到光電探測器上；光電探測器與數據采集卡相連，計算機獲取數據實現對步進電機的精細控制。

下面詳細敘述等光程的構成：

光程1為傳感器的光程，設為A；

光程2為導引光線光程，設為B；

光程3為可調參考臂的總光程，設為C；

光程4為固定參考臂的定長光纖部分加光程，設為D；

光程5為固定參考臂的配長光纖部分光程，設為E；

設為A+B+C＝B+D+E。由于左右兩邊都含有B，所以B不會對測量產生影響，正是這一特點為遠距離測量提供了可能，使得導引光纖能夠延伸而不會對測量產生誤差。又因為傳感光纖光程A和固定參考臂的配長光纖光程E相等，這樣傳感光纖的長度可以根據需要任意的選擇，只要選擇等長的固定參考臂的配長光纖使兩者光程相等，既可以進行相應的形變測量。

本發明采用了可調分光比光纖全譜反射鏡，實現了對透射光和反射光的分光比的良好控制，具有結構穩定、環境適應性好、可移植性好、適合工程化。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中：1寬譜光源；2第一連接光纖；3光纖環形器；4導引光纖；

5第一可調分光比光纖全譜反射鏡；6傳感光纖；