[發明專利]單模異質光纖級聯的應變陣列傳感器

有效

• 申請號: 201711183782.7
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN109827676B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 苑立波;李文超
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種單模異質光纖級聯的應變陣列傳感器，其主要特征是：該應變陣列傳感器是由單模光纖1、雙包層光纖2等部分組成異質結構反射面，集成于一根光纖上的應變陣列傳感器。本發明所給出的應變陣列傳感器能夠實現對光纖應變陣列傳感器所處的環境溫度和應力等因素進行測量，由于本發明的固有特性使其在高溫條件下尤為適用。另外，還具有靈敏度高、結構緊湊、耐高溫、成本低以及傳感器復用數量大等優點。

(一)技術領域

本發明屬于光纖技術領域，具體涉及的是一種單模異質光纖級聯的應變陣列傳感器。

(二)背景技術

近年來，白光干涉傳感技術得到了蓬勃的發展，其中的一個熱點就是發展了多種傳感器復用技術的光纖傳感器和測試系統，用于應變、溫度、壓力等物理量的測量。傳感器復用技術的發展背景主要是由于在實際測量與測試應用中，單個物理量以及單一位置點的傳感，已經遠不能滿足人們對事物整體或者系統狀態感知的要求，這往往需要對多個或者多點物理量的分布進行在線或者實時的量測。例如對大型結構(水電站、大壩、橋梁等)的無損檢測與監測以確定其安全的過程中，需要將光纖傳感器植入關鍵部位，并構筑成監測網絡，對其內部的應力、應變以及溫度等信息進行提取。因此，傳感器數量通常為幾十個或者上百個，如果測試系統僅以單點傳感器進行連接，無疑其測試造價將大大提高，同時降低了系統可靠性。采用傳感器復用技術，利用同一個解調系統對多個傳感器的測量信息進行問詢，這不僅極大簡化了系統復雜程度，而且使測量精度和可靠性也得到了保證。同時，由于傳感器復用技術，降低了單點傳感器的造價，從而使測試費用大為降低，提高了性價比，使光纖傳感器與傳統傳感器相比更具優勢。

白光干涉光纖傳感器可以有效地避免很多長相干長度的信號所遇到的限制和問題。白光干涉光纖傳感器的一個主要優點是可以測量絕對長度和時間延遲。另外，由于傳感信號的相干長度短，可以消除系統雜散光的時變干擾。白光干涉技術的另一個優點是屬于空分復用技術，不需要相對復雜的時分復用或頻分復用技術便可以將多個傳感器相干復用在一個信號中。空分復用技術是通過使用掃描干涉儀(如邁克爾遜干涉儀)實現信號光與參考光的光程相匹配來實現的。如果兩路信號光的光程相匹配，在干涉儀的輸出信號中會觀察到白光干涉條紋。可實現高精度的絕對測量，能夠測量的參量包括位置、位移、應變和溫度等。

在實際應用中，尤其是在建筑結構的監測中，通常需要對建筑結構進行長距離、多點的準分布式測量。然而，對于傳統的光纖白光干涉儀結構，傳感光纖的長度受到可變掃描臂的調節范圍的限制。另外，即使可以得到長距離的調節范圍，光信號在長距離的空間光路中傳輸的損耗也會很大。

申請人于2008年公開的空分復用Mach-Zehnder級聯式光纖干涉儀及測量方法(中國專利申請號：200810136824.6)主要用來解決光纖陣列傳感器在布置以及使用過程中的損壞問題，申請人于2010年公開的共路補償的多尺度準分布式白光干涉應變測量裝置及方法(中國專利申請號：201010296944.X)解決了多尺度準分布完全共光路補償問題。

但在上述基于空分復用的干涉儀結構中，在應變陣列傳感器中傳感器之間光的反射率高、透射率低，這樣就使得應變陣列傳感器能夠串聯的傳感器數量受到了限制,而且極大的降低了系統的傳感器復用能力。

本發明所提供的光纖應變陣列傳感器。其獨特性是其它傳感器系統所不能替代的。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種單模異質光纖級聯的應變陣列傳感器，可用于高溫條件下的溫度以及應力的分布式測量。

本發明的目的是這樣實現的：該光纖傳感器是由單模光纖1、雙包層光纖2等部分組成。單模光纖1與雙包層光纖2熔接在一起，如此交替連接，形成光纖應變陣列傳感器。

本發明由若干光纖傳感器收尾串接相連構成，兩個相鄰的光纖傳感器的焊接處由于兩側的折射率不同而形成部分反射面。各個光纖的長度相近但互不相同。