基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法制造方法及图纸

基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法属于精密仪器制造及测量技术；所述装置结构是：三芯光纤扇出器与三芯光纤分布传感器光缆连接，三芯光纤分布传感器光缆由三芯光纤、保护套和高反射银膜构成，多路光开关与三芯光纤分布传感器光缆和隔绝外应力封装的参考光纤光缆连接，控制计算机分别与电光调制器A和B、多路光开关、频谱分析仪连通，频谱分析仪与平衡光电探测器连通；所述测量方法是：利用探测光与泵浦光在特定位置发生受激布里渊散射，采用相干检测技术探测微弱散射光信号完成空间形状测量。本装置具有非局域效应不明显、精度高、对环境不敏感、可以依附在被测构件表面实时测量以及使用寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法
本专利技术属于精密仪器制造及测量技术，特别涉及一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法。
技术介绍
随着航空航天工业、汽车工业、电子工业以及尖端工业等的不断发展，对于空间形状测量(复杂曲面的三维面形测量、智能材料的复杂形变等)的需求急剧增长。由于受到测量时间、采样点密度的限制，空间形状测量变得十分困难，尤其是多变、恶劣的测量环境使得传统的空间形状测量方法无法满足需求。以往的空间形状测量中，使用较多的方法有样板测量法、结构光三维视觉测量法和iGPS测量法等。样板测量法是一种最为经典的曲面形状检验方法，它是利用设计时的截面参数制造数个截面的一维样板，通过在相应的截面位置观察其截面样板与被测截面之间的透光量判断其形状差。该方法简单、直观，是现今工业生产中的最常用的接触式检验手段。由于其检验时需要借助人眼判断透光量，无法精确给出其型面数据。不同的截面形状需要不同的截面样板，样板的需求量很大，成本很高。结构光三维视觉测量法中，测量系统主要由结构光投射装置、图像传感器、图像采集及处理系统组成。测量原理是向被测物体投射一定结构的光模型如点光源、线光源、十字光条、正弦光栅和编码光，结构光受被测物体表面信息的调制而发生形变，利用图像传感器记录变形的结构光条纹图像，并结合系统的结构参数来获取物体的三维信息。这种方法以较低廉的光学、电子和数字硬件设备为基础，以较高的速度和精度获取和处理大量的三维数据。但是，这种方法容易受外接环境光线和气流的影响并且容易产生遮挡，不适合用于多变、恶劣的测量环境，如飞机在高速飞行中的机翼、机舱形状的实时测量。iGPS测量法是一种坐标测量技术。该方法中，处于测量点位置的多个靶标可以接收多个室内发射器(基站)的信号，每个靶标可以独立的计算它们当前的位置并确立测量点在测量坐标系中的坐标。该方法具有很高的测量精度。但是，该方法只能手动逐点地测量，测量效率低，不具有实时测量的能力。
技术实现思路
本专利技术是针对上述现有空间形状测量方法存在的问题提出的，其目的是提供一种可以在多变、恶劣的测量环境中实现复杂空间形状实时测量的基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法，实现不受环境影响的空间形状测量。本专利技术的技术解决方案是：一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置，包括窄带宽可调激光器、50/50光耦合器A、50/50光耦合器B、电光调制器A、电光调制器B、掺铒光纤放大器、50/50光耦合器C、光环形器、多路光开关、平衡光电探测器、50/50光耦合器D和声光调制器，所述窄带宽可调激光器与50/50光耦合器A、50/50光耦合器A与50/50光耦合器B和电光调制器A、电光调制器A与掺铒光纤放大器、掺铒光纤放大器与50/50光耦合器C、50/50光耦合器B分别与电光调制器B和声光调制器通过单模光纤连接形成通路；所述50/50光耦合器C与光环形器、光环形器与多路光开关、多路光开关与三芯光纤扇出器通过单模光纤连接形成通路；所述声光调制器与50/50光耦合器D、50/50光耦合器D与平衡光电探测器和光环形器通过单模光纤连接形成通路；所述三芯光纤扇出器与三芯光纤分布传感器光缆连接，所述三芯光纤分布传感器光缆由纤芯均布配置的三芯光纤和配置在三芯光纤外部的保护套构成，在保护套的一侧端面上设置高反射银膜，所述高反射银膜将三芯光纤的一侧端面完全覆盖；所述多路光开关与隔绝外应力封装的参考光纤光缆经单模光纤连接形成通路；控制计算机通过电缆分别与电光调制器A、电光调制器B、多路光开关、频谱分析仪连通，所述频谱分析仪通过电缆与平衡光电探测器连通。一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量方法，该方法是：窄带宽可调激光器发出的光被50/50光耦合器A分成两束光信号，其中一束光信号经过电光调制器A调制成为脉冲泵浦光信号，另一束经50/50光耦合器B分光成两束光信号；所述两束光信号，一束光信号经电光调制器B移频调制成为双边带探测光信号，包含频域中双边带光信号低频分量和频域中双边带光信号高频分量，另一路光信号经声光调制器上移频成为相干检测的本振光信号；所述双边带探测光信号在T0时刻由控制计算机向电光调制器B发出控制命令，经过光环形器、多路光开关、三芯光纤扇出器进入三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤的一根纤芯，被三芯光纤分布传感器光缆一侧端面的高反射银膜反射而反向传输；所述泵浦光信号在T1时刻由控制计算机向电光调制器A发出控制命令，经过光环形器、多路光开关、三芯光纤扇出器进入三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤的一根纤芯；所述的双边带探测光信号与泵浦光信号在三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤的一根纤芯内部某点相遇，由于受激布里渊散射效应发生能量耦合，形成受激布里渊散射信号；所述的受激布里渊散射信号经光环形器与本振光信号经50/50光耦合器D进入平衡光电探测器发生光学相干，形成相干信号；所述的相干信号由频谱分析仪检测并分析能量耦合强弱即受激布里渊散射的增益(损耗)，通过扫描电光调制器B对双边带探测光信号移频的量，可以绘制探测光与泵浦光发生受激布里渊散射的增益(损耗)谱，进而确定与应力、温度有关的受激布里渊频移量；所述多路光开关在控制计算机的控制下切换三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤和隔绝外应力封装的参考光纤光缆作为测量光路；所述的双边带探测光信号发射时刻T0和泵浦光信号发射时刻T1，调整T0与T1的间隔，可以控制双边带探测光信号和泵浦光信号在三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤和隔绝外应力封装的参考光纤光缆内发生受激布里渊散射的位置即测量应力、温度的位置；按上述方法，连续调整T0与T1的间隔，可以获得三芯光纤分布传感器光缆的应力、温度分布和隔绝外应力封装的参考光纤光缆的温度分布，进而获得无温度耦合的三芯光纤分布传感器光缆应力分布信息，根据三芯光纤分布传感器光缆中三芯光纤的三根纤芯的应力分布可以重建三芯光纤分布传感器光缆的三维空间形状。本专利技术的优点是：1.基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置及方法具有信噪比高、因泵浦光消耗引起的非局域效应不明显、精度高、对环境不敏感、可以依附在被测构件表面实时测量以及使用寿命长的特点。2.三芯光纤分布传感器光缆体积小、重量轻，既可以依附在待测构件表面也可以埋入构件内部使用；光学探测信号仅在光纤内部传输，将空间位置信息转化为布里渊频移量的改变，测量时不受空间遮挡效应和空气流动的影响。3.在三芯光纤分布传感器光缆外部并列设置一根隔绝外应力封装的参考光纤光缆，消除了环境温度变化对测量的影响，大大提高了传感器对环境的适应能力，可以满足多变、恶劣环境下的测量要求。附图说明图1是基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置结构示意图；图2是三芯光纤分布传感器光缆示意图；图3是图2中A-A剖面图；图4是基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量方法的信号示意图；图5是三芯光纤分布传感器光缆传感原理的示意图；图6是三芯光纤分布传感器光缆的一个测量实例示意图，图中本专利技术正在测量一架客机的机翼。图中：11.窄带宽可调激光器，12.50/50光耦合器(A)，13.50/50光耦合器(B)，14.电光调制器(A)，15.电光调制器(B)，16.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置，包括窄带宽可调激光器(11)、50/50光耦合器A(12)、50/50光耦合器B(13)、电光调制器A(14)、电光调制器B(15)、掺铒光纤放大器(16)、50/50光耦合器C(17)、光环形器(18)、多路光开关(19)、平衡光电探测器(114)、50/50光耦合器D(115)和声光调制器(116)，所述窄带宽可调激光器(11)与50/50光耦合器A(12)、50/50光耦合器A(12)与50/50光耦合器B(13)和电光调制器A(14)、电光调制器A(14)与掺铒光纤放大器(16)、掺铒光纤放大器(16)与50/50光耦合器C(17)、50/50光耦合器B(13)分别与电光调制器B(15)和声光调制器(116)通过单模光纤连接形成通路；所述50/50光耦合器C(17)与光环形器(18)、光环形器(18)与多路光开关(19)、多路光开关(19)与三芯光纤扇出器(110)通过单模光纤连接形成通路；所述声光调制器(116)与50/50光耦合器D(115)、50/50光耦合器D(115)与平衡光电探测器(114)和光环形器(18)通过单模光纤连接形成通路；其特征在于：所述三芯光纤扇出器(110)与三芯光纤分布传感器光缆(111)连接，所述三芯光纤分布传感器光缆(111)由纤芯均布配置的三芯光纤(21)和配置在三芯光纤(21)外部的保护套(22)构成，在保护套(22)的一侧端面上设置高反射银膜(23)，所述高反射银膜(23)将三芯光纤(21)的一侧端面完全覆盖；所述多路光开关(19)与隔绝外应力封装的参考光纤光缆(112)经单模光纤连接形成通路；控制计算机(117)通过电缆分别与电光调制器A(14)、电光调制器B(15)、多路光开关(19)、频谱分析仪(113)连通，所述频谱分析仪(113)通过电缆与平衡光电探测器(114)连通。...

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置，包括窄带宽可调激光器(11)、50/50光耦合器A(12)、50/50光耦合器B(13)、电光调制器A(14)、电光调制器B(15)、掺铒光纤放大器(16)、50/50光耦合器C(17)、光环形器(18)、多路光开关(19)、平衡光电探测器(114)、50/50光耦合器D(115)和声光调制器(116)，所述窄带宽可调激光器(11)与50/50光耦合器A(12)、50/50光耦合器A(12)与50/50光耦合器B(13)和电光调制器A(14)、电光调制器A(14)与掺铒光纤放大器(16)、掺铒光纤放大器(16)与50/50光耦合器C(17)、50/50光耦合器B(13)分别与电光调制器B(15)和声光调制器(116)通过单模光纤连接形成通路；所述50/50光耦合器C(17)与光环形器(18)、光环形器(18)与多路光开关(19)、多路光开关(19)与三芯光纤扇出器(110)通过单模光纤连接形成通路；所述声光调制器(116)与50/50光耦合器D(115)、50/50光耦合器D(115)与平衡光电探测器(114)和光环形器(18)通过单模光纤连接形成通路；其特征在于：所述三芯光纤扇出器(110)与三芯光纤分布传感器光缆(111)连接，所述三芯光纤分布传感器光缆(111)由纤芯均布配置的三芯光纤(21)和配置在三芯光纤(21)外部的保护套(22)构成，在保护套(22)的一侧端面上设置高反射银膜(23)，所述高反射银膜(23)将三芯光纤(21)的一侧端面完全覆盖；所述多路光开关(19)与隔绝外应力封装的参考光纤光缆(112)经单模光纤连接形成通路；控制计算机(117)通过电缆分别与电光调制器A(14)、电光调制器B(15)、多路光开关(19)、频谱分析仪(113)连通，所述频谱分析仪(113)通过电缆与平衡光电探测器(114)连通。2.根据权利要求1所述的一种基于受激布里渊原理的三芯光纤空间形状测量装置的测量方法，其特征在于：窄带宽可调激光器(11)发出的光被50/50光耦合器A(12)分成两束光信号，其中一束光信号经过电光调制器A(14)调制成为脉冲泵浦光信号(31)，另一束光信号经50/50光耦合器B(13)分光成两束光信号；所述两束光信号，一束光信号经电光调制器B(15)移频调制成为双边带探测光信号(34)，包含频域中双边带光信号低频分量(35)...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔继文，冯昆鹏，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23