一种相位差解调式光纤位移测量方法及仪器技术

一种相位差解调式光纤位移测量仪器及方法，属于光纤传感技术领域。该系统包括触摸屏、控制与信号处理电路、激光二极管、光纤分束器、测量通道光纤耦合器、测量光纤、参考通道光纤耦合器、参考光纤、测量通道光电二极管和参考通道光电二极管。在测量光纤上选取两点固定于待测结构，待测结构的位移量转换为测量光纤长度的变化量，用于温度补偿的参考光纤同时铺设在待测结构表面，高频调制激光在测量光纤和参考光纤端面反射的信号光之间的相位差正比于两根光纤之间的长度差，通过高精度相位差解调实现对待测结构绝对位移的高分辨率和大动态范围测量。本发明专利技术将位移测量中高精度光纤长度测量转换为相对简单的两束信号光的相位差测量，仅采用低成本的光电子、电子器件和普通单模光纤，为结构健康监测中的位移测量提供了一种极具竞争力的技术方案。

A phase difference demodulation optical fiber displacement measuring method and instrument

A phase difference demodulation optical fiber displacement measuring apparatus and method belongs to the field of optical fiber sensing technology. The system includes touch screen, control and signal processing circuit, laser diode, fiber optic beam splitter, measurement channel fiber coupler, measurement optical fiber, reference channel fiber coupler, reference fiber, measurement channel photodiode and reference channel photodiode. Two points are fixed to the measured structure on the measured fiber. The displacement of the measured structure is converted to the change of the measured fiber length. The reference fiber used for temperature compensation is laid on the surface of the structure to be measured simultaneously. The phase difference between the high frequency modulated laser and the signal light reflected by the measured fiber and the reference fiber end is proportional to the two light. The high resolution and large dynamic range of the absolute displacement measured by the high precision phase difference demodulation are achieved. The invention transforms the high precision fiber length measurement in the displacement measurement into the relatively simple phase difference measurement of two beam signals, and only uses low cost optoelectronics, electronic devices and ordinary single mode fiber, which provides a highly competitive technical scheme for the displacement measurement in structural health monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种相位差解调式光纤位移测量方法及仪器
本专利技术属于光纤传感
，涉及一种相位差解调式光纤位移测量方法及仪器。
技术介绍
光纤位移传感器以其具备的抗电磁干扰、灵敏度高、易于串/并联复用和容易构建传感器网络等优点，已在边坡滑移、大坝变形、隧道安全、桥基沉降、钢筋锈蚀和煤矿微震等结构健康监测应用中发挥了重要作用。在目前的工程应用中，光纤位移传感器主要有光纤法布里-珀罗传感器、光纤迈克尔逊白光干涉仪、光纤光栅传感器和光纤布里渊光时域分析仪。文献ZhouX,YuQ.Wide-rangedisplacementsensorbasedonfiber-opticFabry–Perotinterferometerforsubnanometermeasurement[J].IEEEsensorsjournal,2011,11(7):1602-1606中提出的光纤法布里-珀罗传感器通过光谱解调法对法布里-珀罗进行高精度解调，分辨率可以达到纳米量级，但测量范围仅有毫米量级，且光谱解调仪器价格昂贵。文献LiT,WangA,MurphyK,etal.White-lightscanningfiberMic本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位差解调式光纤位移测量方法，高频调制激光在测量光纤和参考光纤端面反射的信号光之间的相位差正比于两根光纤之间的长度差，通过相位差解调实现待测结构的绝对位移测量；其特征在于，步骤如下：首先，控制与信号处理电路(2)接收触摸屏(1)输入的控制指令后，产生的高频正弦信号对激光二极管(3)进行电流调制；所述的激光二极管(3)发射的强度调制激光被光纤分束器(4)分成两束，入射到测量通道光纤耦合器(5)和参考通道光纤耦合器(7)后，分别入射到测量光纤(6)和参考光纤(8)中；从测量光纤(6)和参考光纤(8)端面反射的部分信号光分别经测量通道光纤耦合器(5)和参考通道光纤耦合器(7)后，再分别入射到测量...

【技术特征摘要】
1.一种相位差解调式光纤位移测量方法，高频调制激光在测量光纤和参考光纤端面反射的信号光之间的相位差正比于两根光纤之间的长度差，通过相位差解调实现待测结构的绝对位移测量；其特征在于，步骤如下：首先，控制与信号处理电路(2)接收触摸屏(1)输入的控制指令后，产生的高频正弦信号对激光二极管(3)进行电流调制；所述的激光二极管(3)发射的强度调制激光被光纤分束器(4)分成两束，入射到测量通道光纤耦合器(5)和参考通道光纤耦合器(7)后，分别入射到测量光纤(6)和参考光纤(8)中；从测量光纤(6)和参考光纤(8)端面反射的部分信号光分别经测量通道光纤耦合器(5)和参考通道光纤耦合器(7)后，再分别入射到测量通道光电二极管(9)和参考通道光电二极管(10)；两个通道的信号光经过各自的光纤链路后，产生与光纤链路长度相关的相移；控制与信号处理电路(2)采集测量通道光电二极管(9)和参考通道光电二极管(10)转换的电信号，进行高精度相位检测，分别得到两路光信号的相位；控制与信号处理电路(2)将得到的两路相位进行减法计算，根据相位差、光速和光纤折射率再计算出测量光纤(6)和参考光纤(8)之间的相对长度，即绝对位移量；最后，控制与信号处理电路(2)将解调结果显示于触摸屏(1)。2.根据权利要求1所述的一种相位差解调式光纤位移测量方法，其特征在于，所述的激光二极管(3)的正弦调制频率范围为1MHz-1GHz。3.根据权利要求1或2所述的一种相位差解调式光纤位移测量方法，其特征在于，所述的控制与信号处理电路(2)的核心是一种双通道高精度相位检测器。4.根据权利要求1或2所述的一种相位差解调式光纤位移测量方法，其特征在于，所述的测量光纤(6)和参考光纤(8)的自由长度相等。5.根据权利要求3所述的一种相位差解调式光纤位移测量方法，其特征在于，所述的测量光纤(6)和参考光纤(8)的自由长度相等。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珂，于清旭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21