[發明專利]一種采用HCN氣室在光頻域反射傳感系統中進行光譜校準的裝置和方法

有效

• 申請號: 201810007584.3
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108562237B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 武湛君;馬書義;蘇學蘭;鎖劉佳;單一男
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種采用HCN氣室在光頻域反射傳感系統中進行光譜校準的裝置和方法，在傳統的光頻域反射傳感裝置中增加HCN氣室進行同步采集，通過HCN吸收譜線峰值位置確立掃描起始以及終止波長進而保證每次掃頻范圍一致性。本發明所采用的裝置和方法降低了對現有可調諧激光器的性能要求，同時減小了光譜移動量的誤差，有效提高了分布式測量精度。本發明提供了一種利用HCN氣室進行波長標定的基于OFDR技術的光纖應變測量方法，本發明利用了OFDR方法實現了對各個位置的應變或溫度進行實時測量，利用HCN氣室對可調激光器掃頻信號的精確標定的特性，克服了可調激光器輸出波長的準確度不足的問題，實現了光纖的應變實時準確測量。

技術領域

本發明屬于分布式光纖傳感技術領域，具體涉及一種采用HCN氣室在光頻域反射傳感系統中進行光譜校準的裝置和方法。

背景技術

高精度分布式傳感廣泛應用于結構健康檢測、表面面型測量、光纖三維形狀傳感等多個領域中,而光纖應變或溫度的實時準確測量分布式傳感中尤為重要。1998年MarkFroggatt提出的利用光頻域反射(OFDR)中單模光纖瑞利散射光譜移動可實現高精度高分辨率的分布式傳感(High-spatial-resolution distributed strain measurement inoptical fiber with Rayleigh scatter)。該技術要求在兩次測量過程(一次是參考狀態，一次是物理量發生變化狀態)激光器掃頻范圍，起始波長嚴格一致，也就是兩次掃頻的光譜是嚴格對準的。光源掃頻光譜的不一致會導致解算的瑞利散射光譜發生變化，降低傳感精度，造成了該技術測量誤差。然而，目前可調激光器的輸出波長由于受到自身以及環境干擾,輸出的波長與理論設定的波長可能存在差距,調諧光源的掃頻重復性較難實現。以法國Yenista公司的一款可調諧激光器為例，其調諧重復性在±5pm，而重復性較高的激光器，如安捷倫81607A，其重復性雖然在1pm內，但是其價格非常昂貴。找到一種有效并且經濟的應用在光頻域反射傳感技術中進行光譜對準方案對提高物理量測量精度有著重要的意義和價值。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種采用HCN氣室在光頻域反射傳感系統中進行光譜校準的裝置，包括：用于為光頻域反射系統提供光源的掃描光源，所述掃描光源的光源出口端與光耦合器一相連接，所述光耦合器一通過c端口與主干涉儀相連接，所述主干涉儀與數據采集卡的輸入端相連接；所述光耦合器一通過b端口與耦合器相連接，所述耦合器通過b端口與HCN波長標定模塊相連接，所述HCN波長標定模塊與數據采集卡相連接，所述HCN波長標定模塊內設置有HCN氣室和光電探測器，所述HCN氣室的輸出端與光電探測器相連接；所述第三光耦合器通過c端口與輔助干涉儀相連接，所述輔助干涉儀的輸出端與數據采集卡相連接，所述數據采集卡與計算機相連接。

所述主干涉儀包括光耦合器、環形器、傳感光纖第二光耦合器和平衡探測器，所述光耦合器的輸入端與光耦合器一的c端口相連接，所述光耦合器的輸出端與環形器和第二光耦合器相連接，所述第二光耦合器與平衡探測器相連接，所述平衡探測器的輸出端與數據采集卡的輸入端相連接；所述環形器與傳感光纖相連接，所述環形器的輸出端與第二光耦合器相連接。

所述輔助干涉儀包括第四光耦合器、第一法拉第旋轉鏡、第二法拉第旋轉鏡、第一光電探測器和時鐘整形模塊，所述第四光耦合器的輸出端與第一法拉第旋轉鏡和第二法拉第旋轉鏡相連接，所述第四光耦合器的輸入端與第一光電探測器相連接，所述第一光電探測器與時鐘整形模塊相連接，所述時鐘整形模塊的輸出端與數據采集卡相連接。

一種采用HCN氣室在光頻域反射傳感系統中進行光譜校準的方法，包括以下步驟：

S1：打開采集系統，設置輔助干涉儀信號的過零點作為外部觸發信號S_a；