[發明專利]基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器及應變檢測方法

有效

• 申請號: 201610518516.4
• 申請日: 2016-07-05
• 公開（公告）號: CN106091973B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 姜久興;楊玉強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 張偉

1.基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器，其特征在于，所述基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器包括ASE光源（1）、起偏器（2）、電光調制器（3）、波形發生器（4）、環形衰蕩腔（5）、光電探測器（6）和示波器（7）；

其中，所述環形衰蕩腔（5）由第一耦合器（501）、第一環形器（502）、傳感光纖光柵（503）、EDFA放大器（504）、第二耦合器（505）、第二環形器（506）、輔助光纖光柵（507）和延時光纖（508）構成；

所述第一耦合器（501）的輸出端（501C）與所述第一環形器（502）的輸入端（502A）連接，所述第一環形器（502）的輸入輸出端（502B）與傳感光纖光柵（503）連接，所述第一環形器（502）的輸出端（502C）與所述EDFA放大器（504）的輸入端連接，所述EDFA放大器（504）的輸出端與所述第二耦合器（505）的輸入端（505C）連接，所述第二耦合器（505）的第一輸出端（505A）與所述光電探測器（6）連接，所述第二耦合器（505）的第二輸出端（505B）與所述第二環形器（506）的輸入端（506A）連接，所述第二環形器（506）的輸入輸出端（506B）與輔助光纖光柵（507）連接，所述第二環形器（506）的輸出端（506C）與所述延時光纖（508）的輸入端連接，所述延時光纖（508）的輸出端與所述第一耦合器（501）的第二輸入端（501B）連接；

所述傳感光纖光柵（503）和所述輔助光纖光柵（507）的反射譜均近似為高斯型，所述傳感光纖光柵（503）的3dB譜寬小于所述輔助光纖光柵（507）的3dB譜寬的一半，且所述傳感光纖光柵（503）的中心波長位于所述輔助光纖光柵（507）的反射譜的邊帶上；

所述傳感光纖光柵（503）對被測應變和環境溫度同時敏感，所述輔助光纖光柵（507）對環境溫度敏感而對被測應變不敏感，且所述傳感光纖光柵（503）和所述輔助光纖光柵（507）對環境溫度的響應相同；

所述的ASE光源為寬譜光源，且在工作波段內輸出光譜的光強相同；

所述的ASE光源（1）發出的連續光經過所述起偏器（2）和所述光電調制器（3）后變為脈沖光，所述脈沖光由所述第一耦合器的第一輸入端（501A）進入所述環形衰蕩腔（5），并在環形衰蕩腔（5）內循環衰減，在每次的循環中，只有一小部分脈沖信號光通過第二耦合器（505）的第一輸出端（505A）輸出，并被光電探測器檢測，其余部分繼續在環形腔中衰減。

2.根據權利要求1所述的基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器，其特征在于，所述第一耦合器（501）的第一輸入端（501A）和第二輸入端（501B）的分光比為1:99，所述第二耦合器（505）的第一輸出端（505A）和第二輸出端（505B）的分光比為1:99。

3.根據權利要求1-2任一項所述的基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器，其特征在于，所述脈沖光在所述環形衰蕩腔（5）內循環一周所需的時間為所述脈沖光的脈沖寬度的2-10倍，且所述脈沖光在所述環形衰蕩腔（5）內循環一周所需的時間為所述脈沖光周期的1/50-1/20。

4.根據權利要求1所述的基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器，其特征在于，所述ASE光源（1）的工作波段為1530nm-1570nm。

5.根據權利要求1所述的基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器的應變檢測方法，其特征在于，所述方法為：

步驟一：波形發生器（4）給光電調制器（3）提供脈沖信號，使ASE光源（1）發出的連續光經起偏器（2）和光電調制器（3）后變為脈沖光，通過控制該脈沖光的脈寬和周期以及延時光纖（508）的長度，使脈沖光在環形衰蕩腔（5）內循環一周所需的時間t_r為脈沖光脈寬的2-10倍、脈沖光周期的1/50-1/20；

步驟二：通過調節EDFA放大器（504）的增益調節環形衰蕩腔（5）的環路損耗，使示波器（7）輸出衰蕩的脈沖電壓信號，然后固定EDFA放大器（504）的增益，保證應變測量過程中此增益保持不變；

步驟三：根據輔助光纖光柵（507）反射譜的邊帶斜率k、傳感光纖光柵（503）的彈光系數P_e、光脈沖信號在環形衰蕩腔（5）中傳輸一圈所用的時間t_r和脈沖光在環形衰蕩腔（5）內衰蕩時間τ的變化量dτ得到傳感光纖光柵（503）的應變變化量dε。