專利名稱：低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖形變傳感裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光學(xué)低相干干涉的測量技術(shù)的分布式測量形變的傳感裝置。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐高溫、耐高壓、抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)、輕巧、靈敏度高、損耗低及易于實(shí)現(xiàn)分布傳感等優(yōu)勢，自20世紀(jì)70年代中期開始研究，至今已成長為年成交額超過10億美元、預(yù)計(jì)將于2010年擁有超過50億美元市場的新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)由美國光學(xué)工程師學(xué)會(OSA)主辦的一年一度的國際光纖傳感會議(OFS)第15屆會議統(tǒng)計(jì)，應(yīng)力形變光纖傳感器以28％的市場份額成為光纖傳感器市場的領(lǐng)航者。分布式光纖形變應(yīng)力傳感器由于其在新型飛機(jī)、航天飛行器的設(shè)計(jì)過程中，以及在橋梁、建筑與水利工程的健康監(jiān)測中廣泛而重要的應(yīng)用，受到了各國的普遍關(guān)注和重視。基于FBG的準(zhǔn)分布式光纖形變傳感器只能在有限點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)對形變的測量，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式測量，例如公開號CN 1680838A，名稱為“多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)”等；采用大功率相干光源，基于喇曼散射和布里淵散射的分布式光纖傳感器雖然傳感距離較長，但造價(jià)昂貴，例如公開號CN 1400453A，名稱為“分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)”；而基于光學(xué)低相干干涉分布式光纖應(yīng)變傳感器，由于其信號檢測利用了光學(xué)低相干干涉原理，具有能實(shí)現(xiàn)對形變的準(zhǔn)分布絕對測量、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為這幾種分布式傳感器中性價(jià)比較高的一類。形變、應(yīng)變和溫度一直是智能材料或智能結(jié)構(gòu)中最感興趣的重要參量，光纖低相干干涉技術(shù)為這些參數(shù)的監(jiān)測提供了有效的測量方法。基于Michelson，Mach-Zehnder和Sagnac干涉儀的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合低相干干涉光程匹配技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對多傳感器的解調(diào)和問詢，從而很方便的實(shí)現(xiàn)多路相干復(fù)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的形變進(jìn)行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點(diǎn)造成的系統(tǒng)失效等困難的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括光源1、光電探測器2、耦合器、高反射端面單模光纖4、自聚焦透鏡5、掃描反射鏡6、單模光纖傳感臂7和單模置出光纖9，光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側(cè)，該耦合器的另一側(cè)接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2×2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構(gòu)成用來解調(diào)經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調(diào)端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。
本發(fā)明還可以包括1、所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是2×2耦合器10，光源1和光電探測器2通過自聚焦透鏡5并聯(lián)在耦合器10的一側(cè)，閉合環(huán)路中設(shè)置有偏振控制器8。
2、所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是1×2耦合器11，一個分光鏡12把光源1和光電探測器2集成后再與耦合器11相連。
3、所述的光源是寬譜低相干LED光源。
本發(fā)明的基本原理是基于低相干干涉測量技術(shù)，各路低相干光會經(jīng)過閉合環(huán)路中的各段傳感臂，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2，一部分光會經(jīng)過調(diào)制端反射沿另外一路返回到光電探測器2，可選擇任何一個光路作為參考光路，再通過掃描反射鏡6的移動來調(diào)解兩路光的光程差，使得相互匹配。這樣就可以實(shí)現(xiàn)解調(diào)端對各段傳感臂的問詢。在閉合環(huán)路的干路中串聯(lián)一個偏振控制器，是為了解決偏振態(tài)造成的影響。
本發(fā)明的有效效果是1.基于低相干干涉的測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)形變進(jìn)行分布式絕對測量、成本低；2.多個2×2(3db)耦合器把各段傳感器串聯(lián)于閉合環(huán)路中(構(gòu)成絞扭式結(jié)構(gòu))，可以實(shí)現(xiàn)解調(diào)端對各段傳感器的多路問詢、每一對光纖段還能實(shí)現(xiàn)彼此的溫度補(bǔ)償。此外，這種連接方式還可以克服單斷點(diǎn)所導(dǎo)致傳感系統(tǒng)失效的問題；3.由于采用了閉合環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以可以減少光損失，提高多路相干復(fù)用能力；
4.解調(diào)端單獨(dú)置出，用來問詢經(jīng)過各段傳感器的光程差，采用單向自聚焦透鏡-掃描反射鏡，更加容易安裝和調(diào)整。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的形變進(jìn)行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點(diǎn)造成的系統(tǒng)失效等困難。
本發(fā)明可用于智能結(jié)構(gòu)中進(jìn)行健康評估與監(jiān)測(如樓房、橋梁、大壩等大型建筑物，也可用于海洋石油平臺、油田及航空等結(jié)構(gòu)物的形變監(jiān)測)，從而防止工程事故的發(fā)生，可以對形變、溫度、應(yīng)力等物理量單點(diǎn)或分布式測量。


圖1和圖2是本發(fā)明的兩種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1，本發(fā)明的第一種實(shí)施方式包括寬譜低相干LED光源1、光電探測器2、2×2(3db)耦合器10、2×2(3db)耦合器3、高反射端面單模光纖4、自聚焦透鏡5、掃描反射鏡6、單模光纖傳感臂7、偏振控制器8和單模置出光纖9。
光源1和光電探測器2通過自聚焦透鏡5并聯(lián)在耦合器10的一側(cè)，耦合器10的另一側(cè)接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過多個2×2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構(gòu)成用來解調(diào)經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調(diào)端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。閉合環(huán)路中設(shè)置有偏振控制器8。
各路低相干光會經(jīng)過閉合環(huán)路中的各段傳感臂，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2，一部分光會經(jīng)過調(diào)制端反射沿另外一路返回到光電探測器2，可選擇任何一個光路作為參考光路，再通過掃描反射鏡6的移動來調(diào)整兩路光的光程差，從而實(shí)現(xiàn)光程匹配。這樣就可以實(shí)現(xiàn)解調(diào)端對各段傳感臂的問詢。在閉合環(huán)路的干路中串聯(lián)一個偏振控制器，是為了解決偏振態(tài)造成信號衰落問題而采用的控制器件。
結(jié)合圖2，本發(fā)明的第二種實(shí)施方式是，在第一種實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，用一個1×2(3db)耦合器11替換2×2(3db)耦合器10，再用一個分光鏡12把光源1和光電探測器2集成，使它們成為一個獨(dú)立的雙工組件，同時把偏振控制器8從閉合環(huán)路中移除。其它的結(jié)構(gòu)都和第一種具體實(shí)施方式
一樣。這樣與第一種具體實(shí)施方式
相比，集成度可以相對提高。
權(quán)利要求
1.一種低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，包括光源(1)、光電探測器(2)、耦合器、高反射端面單模光纖(4)、自聚焦透鏡(5)、掃描反射鏡(6)、單模光纖傳感臂(7)和單模置出光纖(9)，其特征是光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側(cè)，該耦合器的另一側(cè)接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2×2耦合器(3)將各段單模光纖傳感臂(7)串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖(4)和單模置出光纖(9)分別從環(huán)路中置出，光纖(9)通過自聚焦透鏡(5)和掃描反射鏡(6)構(gòu)成用來解調(diào)經(jīng)過光纖傳感臂(7)的光程差的解調(diào)端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖(4)后原路返回到光電探測器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，其特征是所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是2×2耦合器(10)，光源(1)和光電探測器(2)通過自聚焦透鏡(5)并聯(lián)在耦合器(10)的一側(cè)，閉合環(huán)路中設(shè)置有偏振控制器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置，其特征是所述的與光源和光電探測器連接的耦合器是1×2耦合器(11)，一個分光鏡(12)把光源(1)和光電探測器(2)集成后再與耦合器(11)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的，其特征是所述的光源是寬譜低相干LED光源。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種低相干絞扭式類Sagnac光纖形變傳感裝置。光源和光電探測器連接在一個耦合器的一側(cè)，該耦合器的另一側(cè)接到一個閉合環(huán)路中，在這個環(huán)路中通過2x2耦合器3將各段單模光纖傳感臂7串聯(lián)組成閉合環(huán)路，高反射端面單模光纖4和單模置出光纖9分別從環(huán)路中置出，光纖9通過自聚焦透鏡5和掃描反射鏡6構(gòu)成用來解調(diào)經(jīng)過光纖傳感臂7的光程差的解調(diào)端，一部分光經(jīng)過高反射端面單模光纖4后原路返回到光電探測器2。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的形變進(jìn)行分布式絕對測量、低成本，并能同時克服光損耗、溫度影響和斷點(diǎn)造成的系統(tǒng)失效等困難。
文檔編號G01B11/16GK101074867SQ200710072350
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者苑立波, 楊軍, 田鳳軍 申請人:哈爾濱工程大學(xué)