[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

技術領域

本發明涉及應變傳感技術，尤其涉及一種基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器。

背景技術

光纖光柵應變傳感器以激光作為應變信息的載體，利用光纖傳輸激光，因此，與傳統的電信號為基礎的應變傳感器相比，具有電絕緣、抗電磁干擾、體積小、重量輕、可多路復用、可現場實時遙測和動態測量范圍廣等諸多優點，因此，目前廣泛應用于民用工程結構、航空航天業、船舶航運業、電力工業、石油化工業、醫學、核工業等行業，尤其是在高電壓、強電磁場、易燃易爆的惡劣環境中具有很強的應用優勢。

光纖光柵不但對應變敏感，同時對溫度也異常敏感，因此利用光纖光柵測量應變信號時必須消除環境溫度的影響。此外，1微應變只能引起光纖光柵約1pm的波長變化，要提高光纖光柵的應變靈敏度需要借助高靈敏的解調方法。

光纖環形腔衰蕩光譜技術是一種光信號解調方法，具有靈敏度高、不受光源光強波動影響、抗干擾能力強等優點，引起了廣泛關注，成為痕量檢測的主要技術手段之一。

文章1（Daqing Tang, Dexing Yang, Yajun Jiang, Jianlin Zhao, Haiyan Wang, Shiquan Jiang, “Fiber loop ring-down optical fiber grating gas pressure sensor,”Optics and Lasers in Engineering, 2010, 48:1262–1265.）披露了一種基于光纖環形腔衰蕩光譜技術和單個光纖光柵的壓力傳感器，盡管此傳感器理論上可提高光纖光柵的測量靈敏度，但是由于無法補償環境溫度的影響，因此只能應用于恒溫條件下；文章2（N. Ni,C. C. Chan,X. Y. Dong, J. Sunand P Shum, “Cavity ring-down long-period fibregrating strain sensor,”Measurement Science and Technology, 2007, 18:3135–3138.）披露了一種基于光纖環形腔衰蕩光譜技術、長周期光柵和光纖光柵的應變傳感器，由于長周期光柵和光纖光柵對溫度的響應不同，因此，此應變傳感器同樣無法補償溫度的影響。

發明內容

在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發明提供了一種基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器及應變檢測方法，以至少解決現有的基于光纖環形腔衰蕩光譜技術和光纖光柵的應變傳感器受溫度干擾的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器及應變檢測方法，該基于環形腔衰蕩光譜技術應變傳感器包括ASE光源、起偏器、電光調制器、波形發生器、環形衰蕩腔、光電探測器和示波器；其中，環形衰蕩腔由第一耦合器、第一環形器、傳感光纖光柵、EDFA放大器、第二耦合器、第二環形器、輔助光纖光柵和延時光纖構成; ASE光源發出的連續光經起偏器變為脈沖光，該脈沖光在環形衰蕩腔內循環衰減，衰減后的脈沖光信號由第二耦合器的第二輸出端輸出，然后進入光電探測器，光電探測器將接收到的衰蕩脈沖光信號轉化為電信號，該電信號由示波器輸出。

進一步地，第一耦合器的輸出端與第一環形器的輸入端連接，第一環形器的輸入輸出端與傳感光纖光柵連接，第一環形器的輸出端與EDFA放大器的輸入端連接，EDFA放大器的輸出端與第二耦合器的輸入端連接，第二耦合器的第一輸出端與光電探測器連接，第二耦合器的第二輸出端與第二環形器的輸入端連接，第二環形器的輸入輸出端與輔助光纖光柵連接，第二環形器的輸出端與延時光纖的輸入端連接，延時光纖的輸出端與所述第一耦合器的第二輸入端連接。

進一步地，傳感光纖光柵和輔助光纖光柵的反射譜均近似為高斯型，傳感光纖光柵的3dB譜寬小于輔助光纖光柵的3dB譜寬的一半，且傳感光纖光柵的中心波長位于輔助光纖光柵的反射譜的斜坡上；傳感光纖光柵對被測應變和環境溫度同時敏感，輔助光纖光柵對環境溫度敏感而對被測應變不敏感，且傳感光纖光柵和輔助光纖光柵對環境溫度的響應相同。

進一步地，ASE光源為寬譜光源，且在工作波段內輸出光譜的光強相同。