[發明專利]非線性干涉型的彎曲度傳感器

在審

• 申請號: 202010435426.5
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111442741A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 倪智豪;王海龍;趙春柳
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明提供了一種非線性干涉型彎曲度傳感器，包括泵浦光，種子光，光纖參量放大器(包含兩個粗波分復用器和一個色散位移光纖)，彎曲度傳感元件，單模光纖，光電探測器和示波器等。其中光纖參量放大器的特征是泵浦光波長(1550nm)位于色散位移光纖的反常色散區，可以滿足相位匹配條件，因此光纖中四波混頻效應可以發生。當第一個光纖參量放大器閑頻光輸出端單模光纖的彎曲度改變時，閑頻光的部分光強逸出到包層中，從而改變了第二個光纖參量放大器輸出端的干涉條紋對比度，進而可以獲得光強最大值和干涉條紋對比度與彎曲度的對應關系，最終實現了更高靈敏度的彎曲度傳感。

技術領域

本發明提供了一種非線性干涉型的彎曲度傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

由于傳統的線性光纖干涉儀測量靈敏度受限于散粒噪聲極限，因此為了實現更高靈敏度的傳感就需要借助于量子技術，也就是利用非線性干涉儀，它與線性干涉儀最大的不同就是：它利用非線性介質如光纖參量放大器(FOPA)代替傳統的線性分束器，通過輸入相干態即可實現靈敏度的大幅度提高。

本發明利用的是光纖中的四波混頻效應，它是由光學三階非線性效應引起的參量放大過程。它的過程可以描述如下：如果兩個帶有不同頻率分量的光束在光纖中同向傳播，假設這兩個輸入頻率分量為v₁和v₂，在相位匹配的情況下則會產生兩個新的頻率分量v₃、v₄，且它們之間滿足能量守恒關系:v₃+v₄＝v₁+v₂。

非線性干涉儀可以應用于多個傳感領域如彎曲度傳感，彎曲度傳感就是利用光纖受到彎曲時，一部分的纖芯能量會逸出到包層中從而導致其傳輸光強的損耗，通過測量纖芯能量的變化導致一些參量的改變(如光強最大值和干涉條紋對比度)來測量彎曲度的一種技術。由于在技術實現上比較簡單，因此在實際應用中十分廣泛。

發明內容

本發明的目的在于解決現有線性干涉儀測量靈敏度受限于散粒噪聲極限的問題，提供一種非線性干涉型的彎曲度傳感器。

本發明采用的技術方案如下：

一種非線性干涉型彎曲度傳感器，包括兩束泵浦光，種子光，兩個光纖參量放大器，彎曲度傳感元件，單模光纖，光電探測器，示波器；其連接方式為：由泵浦光一和種子光注入第一個光纖參量放大器，第一個光纖參量放大器輸出閑頻光通道的單模光纖經彎曲處理，即形成所述彎曲度傳感元件，第一個光纖參量放大器輸出的信號光和通過彎曲度傳感元件后的閑頻光以及泵浦光二注入到第二個光纖參量放大器中，第二個光纖參量放大器輸出端信號光和閑頻光均通過光電探測器連接示波器，通過分析顯示在示波器上的光強最大值和干涉條紋對比度的變化可實現彎曲度檢測。

上述技術方案中，所述的光纖參量放大器由兩個粗波分復用器和位于中間的一個色散位移光纖構成，因為泵浦光的波長1550nm位于色散位移光纖的反常色散區，可以滿足四波混頻的相位匹配條件。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

1.當利用輸出光光強最大值實現彎曲度傳感時相比于線性干涉型彎曲度傳感器也具有更高的靈敏度，在0-500m^-1靈敏度實現了5.855-5.928倍的提升。

2.該傳感器中使用了兩束光(信號光和閑頻光)，并將它們有機的結合起來，在0-194.232m^-1時利用FOPA2輸出端的信號光，在194.232-500m^-1利用FOPA2輸出端的閑頻光，因此可滿足對大范圍彎曲度的精確測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施實例或技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步說明。