[實用新型]一種光纖干涉儀

有效

• 申請號: 201920580793.7
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN209820413U
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 桂吟秋;魯平;劉順;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01D21/02
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青;李智

本實用新型公開一種光纖干涉儀，其結構包括耦合器、偏振控制器以及兩段保偏光纖。本實用新型采用兩種保偏光纖引入不同的光程差，當兩段保偏光纖的長度差滿足預設條件時，該結構的光譜將包含不同的頻率分量，從而產生游標效應，干涉光的光譜由包絡譜和精細譜組成，包絡譜的應變靈敏度相比單段保偏光纖組成的干涉儀的應變靈敏度增加，使傳感靈敏度大大提高。本實用新型將兩段保偏光纖進行級聯，通過計算發現傳感器的靈敏度由保偏光纖的長度和固有靈敏度決定，與基于單個保偏光纖的干涉儀相比，包絡和精細譜在應變和溫度變化時發生不同反應，具有實現應變和溫度同步測量的潛力，且結構簡單，制作方便，成本低。

技術領域

本實用新型涉及光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種光纖干涉儀。

背景技術

光纖應變傳感器是結構健康監測和分布式傳感應用的重要候選。與傳統的應變傳感方法相比，光纖傳感具有體積小、制作簡單、抗電磁干擾、分辨率高等特點。到目前為止，人們已經提出了許多不同種類的光纖傳感裝置，如光纖光柵和光纖干涉儀。在光纖光柵應變傳感器中，光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，FBG)和長周期光柵(Long PeriodFiber Grating，LPG)都是潛在的傳感元件，并得到了廣泛的研究。這些傳感器易于制造，但應變靈敏度低，典型的光纖光柵傳感器應變靈敏度只有1.2pm/με，基于長周期光纖光柵的傳感器應變靈敏度只有7.6pm/με。干涉型光纖傳感器的靈敏度較高，但制造過程通常比較復雜。此外，游標效應是一種可以大幅度提高靈敏度的方法，但基于游標效應的傳感器通常需要兩個獨立的干涉儀，結構復雜。

上述傳感器的一個常見問題是應變傳感會受到溫度的干擾。為了解決這一問題，基于矩陣法的多參數同時測量傳感器成為一個有吸引力的解決方案。一種可行的方法是設計基于多模干涉干涉儀，該方法利用多種模式的差異實現多參數同時傳感，但這種傳感器的重復性較差。另一種方法是級聯兩個具有不同靈敏度的獨立光纖器件，但該方法仍面臨結構復雜、成本高的挑戰。

實用新型內容

針對現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于解決現有光纖應變傳感器高靈敏度與低成本、簡單結構不能兼得的問題，以及應變傳感容易受溫度干擾的技術問題。

為實現上述目的，本實用新型提供一種光纖干涉儀，包括：耦合器、偏振控制器、第一段保偏光纖以及第二段保偏光纖；

所述耦合器的第一端接收輸入光，所述耦合器將輸入光分為兩束；

所述耦合器的第二端連接第一段保偏光纖的一端，所述耦合器的第三端連接偏振控制器的一端，所述偏振控制器的另一端連接第二段保偏光纖的一端，所述第一段保偏光纖的另一端和第二段保偏光纖的另一端連接，所述第一段保偏光纖快軸和第二段保偏光纖快軸的夾角為預設角度；所述耦合器、偏振控制器、第一段保偏光纖以及第二段保偏光纖組成光纖環，所述偏振控制器用于控制光纖環內引入的偏振旋轉角；

所述耦合器將輸入光分為兩束，分別沿順時針和逆時針穿過光纖環，一束穿過第一段保偏光纖至第二段保偏光纖回到耦合器，另一束穿過第二段保偏光纖至第一段保偏光纖回到耦合器，兩束輸入光經過兩段保偏光纖時引入相位差，回到耦合器后的兩束輸入光發生干涉，得到干涉光；

所述耦合器的第四端輸出干涉光，當第一段保偏光纖和第二段保偏光纖的長度差滿足預設條件時，所述干涉光的光譜由包絡譜和精細譜組成，所述包絡譜的應變靈敏度相比單段保偏光纖組成的干涉儀的應變靈敏度增加。

可選地，所述薩格納克光纖干涉儀輸出的干涉光的透射率為：

其中，T表示透射率，α和β分別表示耦合器的第一端至第一段保偏光纖拼接處引入的偏振旋轉角，β表示第二段保偏光纖至耦合器第三端拼接處引入的偏振旋轉角，θ表示所述預設角度，B表示兩段保偏光纖的雙折射率，λ表示輸入光的波長、L₁表示第一段保偏光纖的長度，L₂表示第二段保偏光纖的長度；