[發(fā)明專利]一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210449771.3
• 申請(qǐng)日: 2022-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN114964327B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)Ｉ?/a>;陳達(dá)如;凌強(qiáng);張斌;郁張維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

1.一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，包括激光源、光耦合器、彎曲感應(yīng)單元、泵浦單元、基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元、光電探測(cè)器和實(shí)時(shí)示波器，其特征在于：

所述激光源作為探測(cè)光源，其輸出端與光耦合器光纖連接，光耦合器用于對(duì)探測(cè)激光源分束，光耦合器的第一輸出端通過彎曲感應(yīng)單元與基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元的第一輸入端光纖連接，光耦合器的第二輸出端通過泵浦單元與基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元的第二輸入端光纖連接，基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元的輸出端與光電探測(cè)器的輸入端空間對(duì)準(zhǔn)，光電探測(cè)器的輸出端與實(shí)時(shí)示波器通過同軸電纜連接；

所述基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元用于實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)光進(jìn)行時(shí)域放大，其基于時(shí)間透鏡原理，通過泵浦光和待測(cè)信號(hào)光的四波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生閑頻光，閑頻光反映具有相應(yīng)時(shí)間放大倍數(shù)的待測(cè)信號(hào)光時(shí)域信息，所述的待測(cè)信號(hào)光為具有時(shí)間間隔的脈沖對(duì)，其是脈沖激光在經(jīng)過彎曲感應(yīng)單元時(shí)產(chǎn)生時(shí)延干涉所形成；

所述光電探測(cè)器將經(jīng)過時(shí)域放大后的待測(cè)信號(hào)光時(shí)域信息進(jìn)行探測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過實(shí)時(shí)示波器對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并反演該待測(cè)信號(hào)光的脈沖時(shí)間間距，根據(jù)該待測(cè)信號(hào)光的脈沖時(shí)間間距演化信息反演彎曲距離、彎曲方向、彎曲速度、彎曲加速度信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，其特征在于：所述彎曲感應(yīng)單元包含依次相連的第一濾波器和微結(jié)構(gòu)光纖，所述第一濾波器的輸入端與光耦合器的第一輸出端口光纖連接，經(jīng)過第一濾波器濾波后得到的信號(hào)光，其與微結(jié)構(gòu)光纖通過單模光纖連接，所述微結(jié)構(gòu)光纖貼附于待測(cè)物體上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，其特征在于：所述微結(jié)構(gòu)光纖為一段七芯光纖和兩段多模光纖，多模光纖兩端分別與單模光纖和七芯光纖熔接，多模光纖用于單模光纖和七芯光纖的光耦合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，其特征在于：所述基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元包括第一光色散介質(zhì)、第二光色散介質(zhì)、光時(shí)間延遲器、偏振控制器、第二光耦合器、非線性光介質(zhì)、濾波器和第三光色散介質(zhì)；

第一光色散介質(zhì)的輸入端作為該基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元的第一輸入端，與所述彎曲感應(yīng)單元的輸出端連接，用于輸入該待測(cè)信號(hào)光；第二光色散介質(zhì)的輸入端作為基于四波混頻的時(shí)間透鏡單元的第二輸入端，與泵浦單元的輸出端連接，用于輸入泵浦光；

所述非線性光介質(zhì)對(duì)泵浦光和待測(cè)光信號(hào)進(jìn)行四波混頻，生成包括閑頻光的光信號(hào)并傳輸給濾波器；基于時(shí)間透鏡原理，第一光色散介質(zhì)、第二光色散介質(zhì)和第三光色散介質(zhì)構(gòu)成時(shí)間透鏡的成像條件，其時(shí)間放大倍數(shù)是第三光色散介質(zhì)的總色散量與第一光色散介質(zhì)的總色散量的比值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)光的時(shí)域放大功能，獲得具有對(duì)應(yīng)時(shí)間放大倍數(shù)的閑頻光；光時(shí)間延遲器對(duì)泵浦光的時(shí)域延遲進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證輸入至所述第二光耦合器的泵浦光和待測(cè)信號(hào)光在時(shí)域上重疊；偏振控制器對(duì)待測(cè)信號(hào)光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與泵浦光的偏振態(tài)一致，提高四波混頻效率。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，其特征在于：所述第一光色散介質(zhì)、第二光色散介質(zhì)和第三光色散介質(zhì)選用單模光纖或色散補(bǔ)償光纖。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于時(shí)間透鏡的實(shí)時(shí)彎曲傳感裝置，其特征在于：所述非線性光介質(zhì)為高非線性光纖或硅基波導(dǎo)。