[發(fā)明專利]一種大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置和方法

有效

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• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108332785B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐才杰;王學(xué)鋒;藍天;卞賀明;王明超;崔留住
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01D5/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明公開了一種大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置和方法，通過光分路器和光頻域反射進行大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量，在實現(xiàn)上百測量通道數(shù)的同時，不增加光電探測器、傳輸光纖、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等的數(shù)量，不需要特殊定制弱反射率光纖光柵傳感器；采用保偏光纖耦合器、傳輸光纖、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、偏振分束器、45°對軸連接，實現(xiàn)了光頻域反射遠(yuǎn)程測量光纖光柵傳感器，增加了測量距離、簡化了傳感器布設(shè)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置和方法。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、本質(zhì)安全、體積小、易復(fù)用、穩(wěn)定性好、易遠(yuǎn)程測量、易植入結(jié)構(gòu)內(nèi)部測量等優(yōu)點，在航空航天、海洋、交通、水利、電力、石化、建筑、地質(zhì)等領(lǐng)域的狀態(tài)監(jiān)控中具有重要的應(yīng)用。隨著監(jiān)測范圍的擴大，光纖光柵傳感器的數(shù)目日益增加；如何在硬件資源和成本限制的情況下進行大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量，成為光纖光柵傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

現(xiàn)有的進行大規(guī)模光纖光柵傳感器測量的方法，主要包括：基于波長可調(diào)諧激光器的多通道光纖光柵傳感器解調(diào)儀、基于光頻域反射計的弱光纖光柵傳感器解調(diào)儀。其中，基于波長可調(diào)諧激光器的多通道光纖光柵傳感器解調(diào)儀，通過增加測量通道數(shù)目來提高可測量的光纖光柵傳感器數(shù)目；在通道增加時，光分路器、光纖連接器、連接光纜、光電探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等同步增加，限制了該方案通常最大支持幾十個通道、幾百個光纖光柵傳感器?；诠忸l域反射計的弱光纖光柵傳感器解調(diào)儀，通過在同一根光纖上串聯(lián)復(fù)用低反射率的光纖光柵，可以實現(xiàn)上千個測點；但是需要采用特殊工藝來制作低反射率光纖光柵，成本較高；同時測量距離限制在數(shù)十米范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置和方法，克服現(xiàn)有基于波長可調(diào)諧激光器的多通道光纖光柵傳感器解調(diào)儀進一步增加通道數(shù)目受到光分路器、光纖連接器、傳輸光纖、光電探測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步增加的制約，現(xiàn)有基于光頻域反射計的弱反射率光纖光柵傳感器解調(diào)儀使用成本高、測量距離短等問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置，包括掃描激光器、保偏光纖耦合器、傳輸光纖、光纖光柵傳感器模塊、光纖隔離器、邁克爾遜光纖干涉儀、45°對軸連接、偏振分束器、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、信號采集處理單元；

掃描激光器的輸出端口連接保偏光纖耦合器的第一端口；保偏光纖耦合器的第三端口連接傳輸光纖的第一端口，傳輸光纖的第二端口連接光纖光柵傳感器模塊；保偏光纖耦合器的第四端口連接光纖隔離器的輸入端口；光纖隔離器的輸出端口連接邁克爾遜光纖干涉儀的輸入端口，邁克爾遜光纖干涉儀的輸出端口連接至第一光電探測器的輸入端口；保偏光纖耦合器的第二端口和偏振分束器的輸入端口進行45°對軸連接；偏振分束器的第一輸出端口連接至第二光電探測器，偏振分束器的第二輸出端口連接至第三光電探測器；三只光電探測器均將信號輸出給信號采集處理單元；

光纖光柵傳感器模塊用于測量光信號，然后輸出傳感干涉光信號。

上述大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置，所述光纖光柵傳感器模塊包括第一單模光纖耦合器、第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、光分路器、光纖光柵傳感器；

傳輸光纖的第二端口連接第一單模光纖耦合器的第一端口；第一單模光纖耦合器的第三端口連接光分路器的輸入端口，第一單模光纖耦合器的第四端口連接第一法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡；光分路器的每一個輸出端口連接一路串聯(lián)的光纖光柵傳感器。

上述大規(guī)模光纖光柵傳感器的測量裝置，所述邁克爾遜光纖干涉儀包括第二單模光纖耦合器、第二法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡、延時光纖、第三法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡；